DE102017213914A1

DE102017213914A1 - Verfahren und Steuergerät zum Ansteuern zumindest einer Insassenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug bei einer Kollision und System zum Insassenschutz für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017213914A1
Application number: DE102017213914.5A
Authority: DE
Inventors: Jochen Wieland; Josef Kolatschek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern zumindest einer Insassenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug bei einer Kollision. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestimmens von Eingangsdaten (133) zu mindestens einem auf die Kollision bezogenen Zeitpunkt auf. Die Eingangsdaten (133) repräsentieren eine zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch abzubauende kinetische Insassenenergie eines Fahrzeuginsassen (OCC) des Fahrzeugs (100), einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren, für einen Bewegungszustand des Fahrzeuginsassen (OCC) relevanten Fahrzeugdeformationsweg (s) und einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren Verlagerungsweg (s) des Fahrzeuginsassen (OCC) relativ zu dem Fahrzeug (100). Auch weist das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Rückhaltekraft (F) unter Verwendung der Eingangsdaten (133) auf. Die Rückhaltekraft (F) repräsentiert eine mittels der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung (120) bereitstellbare Kraft, die zu dem mindestens einen Zeitpunkt geeignet ist, um die Insassenenergie des Fahrzeuginsassen (OCC) bis zum Ende der Kollision zu minimieren. Das Verfahren weist ferner einen Schritt des Bereitstellens eines Ansteuersignals (140) zum Ansteuern der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung (120) auf. Das Ansteuersignal (140) ist unter Verwendung der Rückhaltekraft (F) erzeugt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Insbesondere für Kraftfahrzeuge können verschiedene Insassenschutzmittel vorgesehen sein, um im Falle einer Kollision Schutz vor Verletzungen für Fahrzeuginsassen zu bieten.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein System sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Insbesondere kann gemäß Ausführungsformen eine Bestimmung, beispielsweise eine zyklische Berechnung, einer zu mindestens einem spezifischen Zeitpunkt gültigen Rückhaltekraft oder mittleren Rückhaltekraft zum Stabilisieren von Insassen am Ende einer Kollision innerhalb eines bei der Kollision noch zur Verfügung stehenden Weges relativ zum Fahrzeug. Dabei können, beispielsweise zyklisch, Eingangsgrößen bzw. Eingangsdaten bestimmt werden, insbesondere eine noch abzubauende Insassenenergie, eine für den Energieabbau noch zur Verfügung stehende Fahrzeugdeformation und ein für den Energieabbau noch zur Verfügung stehender innerer Vorverlagerungsweg des Insassen relativ zum Fahrzeug. Eine so ermittelte Rückhaltekraft kann beispielsweise als ein Parameter für eine Ansteuerung von Insassenrückhaltemitteln und dergleichen verwendet werden, beispielsweise um eine Art eines zu aktivierenden Rückhaltemittels oder mehrerer zu bestimmen oder bei Vorhandensein von adaptierbaren Rückhaltemitteln diese beispielsweise direkt mit der Rückhaltekraft als Eingangsgröße anzusteuern. Im Gegensatz zu einem Konzept, welches lediglich auf einer Insassenenergie oder lediglich auf einem zur Verfügung stehenden Weg zum Energieabbau basiert, kann gemäß Ausführungsformen insbesondere eine Position eines Insassen innerhalb des Fahrzeuges mit der Energie des Insassen verknüpft werden und können diese Größen in die Ansteuerung mit einbezogen werden.
Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere mit der ermittelten Rückhaltekraft eine optimale Ansteuergröße für ein Insassenschutzsystem bereitgestellt werden bzw. eine optimale Ansteuerung von Insassenschutzeinrichtungen ermöglicht werden. Beispielsweise kann die ermittelte Rückhaltekraft bei Kollisionsbeginn bzw. in einem zeitlichen Bereich um den Kollisionsbeginn ein Maß für eine personalisierte Crashschwere bzw. Kollisionsschwere liefern. Ferner ermöglicht die Verwendung der ermittelten Rückhaltekraft im weiteren Kollisionsverlauf eine vorteilhafte Steuerung oder Regelung eines Rückhaltesystems bzw. von Insassenschutzeinrichtungen. Auch kann die ermittelte Rückhaltekraft als vorteilhafte Übergabevariable zwischen einer Crashschwerebestimmung und einer Insassenschutzaktuatorik bzw. Rückhalteaktuatorik dienen und somit eine Umsetzung effizienter und leicht testbarer Architekturen für Rückhaltesystemauslösealgorithmen ermöglichen. Unter Verwendung der ermittelten Rückhaltekraft kann eine Sensorik von einer Aktuatorik entkoppelt werden. Zudem kann die ermittelte, explizit auf physikalischen Größen basierende Rückhaltekraft einfach vermittelbar sowie nachprüfbar.
Es wird ein Verfahren zum Ansteuern zumindest einer Insassenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug bei einer Kollision vorgestellt, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:

Bestimmen von Eingangsdaten zu mindestens einem auf die Kollision bezogenen Zeitpunkt, wobei die Eingangsdaten eine zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch abzubauende kinetische Insassenenergie eines Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs, einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren, für einen Bewegungszustand des Fahrzeuginsassen relevanten Fahrzeugdeformationsweg und einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren Verlagerungsweg des Fahrzeuginsassen relativ zu dem Fahrzeug repräsentieren;
Ermitteln einer Rückhaltekraft unter Verwendung der Eingangsdaten, wobei die Rückhaltekraft eine mittels der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung bereitstellbare Kraft repräsentiert, die zu dem mindestens einen Zeitpunkt geeignet ist, um die Insassenenergie des Fahrzeuginsassen bis zum Ende der Kollision zu minimieren; und
Bereitstellen eines Ansteuersignals zum Ansteuern der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung, wobei das Ansteuersignal unter Verwendung der Rückhaltekraft erzeugt ist.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder anderes Nutzfahrzeug sein. Die Kollision kann zwischen dem Fahrzeug und einem Kollisionsobjekt erfolgen, wobei das Kollisionsobjekt ein ortsfestes Objekt oder ein Fremdfahrzeug sein kann. Die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung kann ausgebildet sein, um ansprechend auf das bzw. unter Verwendung von dem Ansteuersignal mindestens die ermittelte Rückhaltekraft aufzubringen, um die Insassenenergie zu minimieren. Im Schritt des Bestimmens und im Schritt des Ermittelns kann jeweils zumindest eine Rechenvorschrift verwendet werden. Unter einem Fahrzeugdeformationsweg kann eine Länge verstanden werden, um die das Fahrzeug, das Kollisionsobjekt, zumindest ein Element des Fahrzeugs und/oder zumindest ein Element des Kollisionsobjekts während der Kollision in einem für den Fahrzeuginsassen relevanten Bereich verkürzt werden kann. Beispielsweise kann ein solcher relevante Bereich zwischen dem Fahrzeuginsassen und einem Masseschwerpunkt des Kollisionsobjekts angenommen werden. Unter einem Verlagerungsweg kann eine Strecke verstanden werden, um die der Fahrzeuginsasse verlagert werden kann, ohne das der Fahrzeuginsasse an ein eine Verletzungsgefahr darstellendes Element des Fahrzeugs stößt.
Gemäß einer Ausführungsform können zumindest der Schritt des Bestimmens und der Schritt des Ermittelns für eine Mehrzahl von Zeitpunkten vor und zusätzlich oder alternativ während der Kollision zyklisch wiederholt ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch während eines Verlaufs oder Ablaufs der Kollision aktuelle Werte für die Eingangsdaten explizit bei der Ansteuerung der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung berücksichtigt werden können.
Auch können im Schritt des Bestimmens die Eingangsdaten unter Verwendung zumindest eines Sensorsignals von zumindest einem Fahrzeugsensor, zumindest eines Nachrichtensignals von einer fahrzeugexternen Signalquelle, zumindest eines Modellparameters eines Fahrzeugmodells, eines Insassenmodells und zusätzlich oder alternativ eines Kollisionsmodells, und zusätzlich oder alternativ zumindest eines Vorgabewertes für die Eingangsdaten bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Berücksichtigung und Nutzung von bei einer jeweiligen Anwendung verfügbaren Daten auf geeignete Weise erreicht werden kann, um die Rückhaltekraft möglichst genau und zuverlässig zu ermitteln.
Ferner können im Schritt des Bestimmens Eingangsdaten bestimmt werden, die zusätzlich eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeuginsassen und dem Fahrzeug und zusätzlich oder alternativ einen Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Kollisionsobjekt repräsentieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Bewegungsverhalten des Fahrzeuginsassen bei der Ermittlung der Rückhaltekraft berücksichtigt werden kann und zusätzlich oder alternativ bereits vor der Kollision beispielsweise eine Notbremsung eingeleitet werden kann.
Insbesondere können im Schritt des Bestimmens Eingangsdaten bestimmt werden, die als Fahrzeugdeformationsweg einen von einem Massenschwerpunkt zwischen dem Fahrzeug und einem Kollisionsobjekt abhängigen Anteil eines Deformationsweges des Fahrzeugs zusätzlich oder alternativ eines Deformationsweges des Kollisionsobjekts repräsentieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass lediglich ein für den Fahrzeuginsassen tatsächlich für eine Änderung von dessen Bewegungszustand wirksamer Deformationsweg berücksichtigt wird und somit die Rückhaltekraft noch genauer und zutreffender ermittelt werden kann.
Zudem können im Schritt des Bestimmens erste Eingangsdaten für einen Kopf des Fahrzeuginsassen und zweite Eingangsdaten für einen Rumpf des Fahrzeuginsassen bestimmt werden. Hierbei können im Schritt des Ermittelns unter Verwendung der ersten Eingangsdaten eine erste Rückhaltekraft für den Kopf des Fahrzeuginsassen und unter Verwendung der zweiten Eingangsdaten eine zweite Rückhaltekraft für den Rumpf des Fahrzeuginsassen ermittelt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Güte der Ansteuerung der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung weiter erhöht werden kann, indem eine noch genauer auf eine tatsächliche Situation zugeschnittene Rückhaltekraft ermittelt werden kann.
Vorteilhaft kann im Schritt des Bereitstellens das Ansteuersignal zum Ansteuern zumindest eines Rückhaltemittels, zumindest einer einstellbaren Absorbereinrichtung zum Absorbieren einer Kollisionsenergie, eines zurückziehbaren Lenkrads, eines zurückziehbaren Armaturenbretts, eines verfahrbaren Fahrzeugsitzes und zusätzlich oder alternativ einer Betriebsbremse des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Insassenenergie des Fahrzeuginsassen auf vielfältige Weise abgebaut werden kann, wobei jeweils zumindest eine verfügbare und geeignete Insassenschutzeinrichtung zum Einsatz kommen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bereitstellens ein Ansteuersignal bereitgestellt werden, das bei einer Verwendung durch die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung ein Aufbringen der Rückhaltekraft durch die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung bewirkt. Hierbei kann die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung ausgebildet sein, um eine einstellbare Rückhaltekraft aufzubringen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine einfache und zuverlässige Ansteuerung ermöglicht werden kann sowie die Rückhaltekraft exakt und auf die Situation abgestimmt aufgebracht werden kann.
Auch kann im Schritt des Bereitstellens ein Ansteuersignal bereitgestellt werden, das abhängig von zumindest einer Schwellenwertentscheidung eine Ansteuerung zumindest einer Insassenschutzeinrichtung aus einer Mehrzahl von Insassenschutzeinrichtungen bewirkt. Hierbei kann bei der zumindest einen Schwellenwertentscheidung die ermittelte Rückhaltekraft mit zumindest einem Schwellenwert verglichen werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass aus einer Mehrzahl von eine vordefinierte Rückhaltekraft auf bringenden Insassenschutzeinrichtungen zumindest eine geeignete ausgewählt werden kann.
Des weiteren kann im Schritt des Bereitstellens ein von einem Sitzplatz des Fahrzeuginsassen abhängiges Ansteuersignal bereitgestellt werden. Auch kann für jeden Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs ein Ansteuersignal bereitgestellt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch ein Sitzplatz eines jeweiligen Fahrzeuginsassen bei der Ansteuerung unter Verwendung einer maßgeschneiderten Rückhaltekraft berücksichtigt werden kann.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Ansteuerung zumindest einer Insassenschutzeinrichtung, insbesondere zumindest eines Rückhaltemittels, einer Betriebsbremse oder dergleichen. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf Sensorsignale wie Bildsignale und Beschleunigungssignale und zusätzlich oder alternativ auf Modelldaten und/oder Vorgabedaten zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie Gurtstraffer, Airbag-Auslöseeinrichtungen, Betriebsbremsen und dergleichen.
Es wird auch ein System zum Insassenschutz für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das System zumindest folgende Merkmale aufweist:

eine Ausführungsform des vorstehend genannten Steuergerätes; und
die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung, wobei die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung signalübertragungsfähig mit dem Steuergerät verbindbar oder verbunden ist.

Somit kann bei dem System eine Ausführungsform des vorstehend genannten Steuergerätes vorteilhaft eingesetzt oder verwendet werden, um die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung bei einer Kollision anzusteuern. Es kann auch zumindest eine Einrichtung oder Schnittstelle zum Empfangen oder Einlesen von Informationen für das Bestimmen der Eingangsdaten vorgesehen sein, wobei die zumindest eine Schnittstelle als ein Teil des Steuergerätes ausgeführt sein kann oder signalübertragungsfähig mit dem Steuergerät verbindbar oder verbunden sein kann.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer, einem Steuergerät oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Insassenschutz gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Fahrzeug;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines Federmodells für eine Fahrzeugkollision;
4 ein schematisches Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm zur Verwendung bei dem Verfahren aus 2;
5 ein schematisches Zeit-Weg-Diagramm zur Verwendung bei dem Verfahren aus 2;
6 ein schematisches Kraft-Zeit-Diagramm hinsichtlich einer Kollision;
7 ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm im Zusammenhang mit 6;
8 ein schematisches Kraft-Zeit-Diagramm hinsichtlich einer Kollision;
9 ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm im Zusammenhang mit 8;
10 ein schematisches Kraft-Zeit-Diagramm hinsichtlich einer Kollision; und
11 ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm im Zusammenhang mit 10.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele eingehender beschrieben werden, sollen zunächst lediglich beispielhaft Grundlagen und Hintergründe im Hinblick auf Ausführungsbeispiele kurz erläutert werden.
Systeme zum Schutz von Insassen bei Fahrzeugunfällen entfalten ihre Wirksamkeit insbesondere dadurch, dass sie in der Lage sind, über einen bestimmten zurückgelegten Weg des Insassen eine bestimmte Kraft auf den Insassen wirken zu lassen, wobei eine Höhe der Kraft so beschaffen ist, dass ein Verletzungsrisiko des Insassen so gering wie möglich gehalten wird. Durch diese Wirkung einer Kraft F über einen Weg s kann eine Insassenenergie E_occ des Fahrzeuginsassen abgebaut werden.
In der historischen Entwicklung von Systemen zum Schutz von Fahrzeuginsassen ist eine Verbesserung in der Arbeitsweise dieses Wirkprinzips zu erkennen. In einer frühen Phase der Fahrzeugentwicklung waren Fahrzeugstrukturen steif. Eine mögliche, auf Insassen wirkende Rückhaltekraft bestand lediglich aus der Sitzreibung und einer vernachlässigbaren Stützkraft durch Arme und Beine. Bei einer Kollision wurde daher das Fahrzeug schnell verzögert, während der Insasse mit fast unveränderter Geschwindigkeit sich innerhalb des Fahrgastinnenraumes nach vorne bewegte.
Eine Verbesserung wurde durch Einführung einer Knautschzone erreicht. Frontstrukturen von Fahrzeugen wurden weniger steif ausgelegt, sodass insgesamt dem Insassen ein größerer Weg zur Verfügung gestellt wurde. Denn der Weg s, auf dem der Insasse seine Energie abbauen kann, setzt sich aus d einem em Weg, den er innerhalb der Fahrgastzelle zurücklegt, s_int , und einer Deformation des Fahrzeuges, s_defo , zusammen. Dadurch konnte in gewissen Grenzen ein Verletzungsrisiko etwas vermindert werden, da die Rückhaltekraft auf den Insassen über eine längere Strecke wirken und daher mehr Energie abgebaut werden konnte.
Folgerichtig wurde in einem nächsten Entwicklungsschritt durch Einführung des Sicherheitsgurts eine wirksame Rückhaltekraft weiter erhöht. Durch einen Sicherheitsgurt kann eine Kraft von beispielsweise mehreren kN auf den Insassen aufgebracht werden, also weit mehr als es alleine durch Sitzreibung möglich ist. Entsprechend wurde auch ein Verletzungsrisiko für die Insassen deutlich vermindert. Allerdings ist die Höhe der Kraft des Sicherheitsgurtes durch biomechanische Belastungsgrenzen des Menschen begrenzt. Eine zu hohe Kraft kann z. B. zu Brustkorbverletzungen führen. In der Praxis wird deswegen die Gurtkraft durch Gurtkraftbegrenzer auf ein verträgliches Maß begrenzt.
In einem folgenden Entwicklungsschritt wurde durch eine Einführung von Airbags eine Möglichkeit gefunden, die wirksame Kraft auf den Insassen weiter zu erhöhen. Im Gegensatz zu einem Sicherheitsgurt, der die Kraft über eine relativ kleine Fläche, nämlich jener des Gurtbandes, auf den Insassen einbringt, erfolgt die Kraftübertragung durch den Airbag großflächiger. Daher ist hier eine höhere Rückhaltekraft möglich, bevor die biomechanischen Grenzwerte des Insassen überschritten würden. Die Kombination aus Gurt und Airbag ermöglicht, eine geringe Verletzungsschwere der Insassen auch bei hohen Geschwindigkeitsänderungen der Fahrzeugstruktur zu erreichen.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann insbesondere eine Wirksamkeit des Insassenschutzes noch weiter erhöht werden. Während herkömmliche Rückhaltesysteme beispielsweise lediglich in begrenztem Umfang persönliche Insasseneigenschaften, wie z. B. die Masse des Insassen m_occ oder seine Sitzposition bzw. einen verfügbaren Verlagerungsweg (s_int ) zu Beginn und während einer Kollision oder eine Abhängigkeit einer Knautschzonendeformation s_defo von der Unfallschwere berücksichtigen, können diese Größen gemäß Ausführungsbeispielen insbesondere dazu dienen, da ein Kraftniveau F eines Rückhaltesystems bzw. Insassenschutzsystems so einzustellen, dass der Insasse einen optimalen Schutz vor den Unfallfolgen bei geringstmöglicher Höhe der wirksamen Kraft erhält.
Im Gegensatz zu einem Verfahren, welches eine aktuelle Summe aus noch zu Verfügung stehendem Deformationsweg und noch zur Verfügung stehendem inneren Vorverlagerungsweg bildet, daraus eine Führungsgröße ermittelt und abhängig von dieser Führungsgröße eine Auslöseentscheidung trifft, wird gemäß Ausführungsbeispielen insbesondere zusätzlich als wichtiges Maß eine noch abzubauende Insassenenergie berücksichtigt und erlaubt damit eine exakte Anpassung an die Person des Fahrzeuginsassen (z. B. an die Insassenmasse). Durch die Verknüpfung von Weg und Energie kann gemäß Ausführungsbeispielen über die Größe Kraft eine präzise Ansteuerung des Rückhaltesystems durchgeführt werden. Darüber hinaus können beispielsweise besonders genaue Bestimmungsgleichungen zur Berechnung der notwendigen Größen verwendet werden. Ebenso basiert gemäß Ausführungsbeispielen insbesondere eine die Ansteuerung der Aktuatorik auf einem speziellen Vergleichsprinzip.
Im Gegensatz zu einem System, welches aufgrund von Daten aus vorausschauender Sensorik sowie aus Kenntnis von Insassenpositionen und Insasseneigenschaften unter Hinzunahme von Simulationsmodellen eine Ansteuerung der Rückhaltemittel realisiert bzw. auf einer vorausschauenden Berechnung von Stoßbelastungsgrößen der Insassen, wie z. B. der Beschleunigung, die unter Variation von charakteristischen Parametern von Rückhaltesysteme zu einer optimale Belastung des Insassen führen sollen, wobei die zu betrachtende Größe durch diskrete Integration im Zeitbereich direkt erzeugt wird, wird gemäß Ausführungsbeispielen insbesondere eine mittlere Kraft F(t) direkt, in jeweils einem Rechenschritt, aus den Größen noch verfügbarer Raum s(t) und noch verbleibende Insassenenergie Eocc(t) ermittelt.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 110 zum Insassenschutz gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Fahrzeug 100. Fahrzeug 100 handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug. Zwischen dem Fahrzeug und einem Kollisionsobjekt OBJ steht in der Darstellung von 1 eine Kollision bevor. Bei dem Kollisionsobjekt OBJ handelt es sich beispielsweise um ein Fremdfahrzeug oder ein stationäres Objekt.
Das Fahrzeug 100 weist ein Armaturenbrett 102, eine Sensoreinrichtung 104 und das System 110 zum Insassenschutz bzw. Insassenschutzsystem 110 auf. Ferner befindet sich in dem Fahrzeug 100 beispielhaft lediglich ein Fahrzeuginsasse OCC.
Die Sensoreinrichtung 104 weist zumindest einen Fahrzeugsensor und/oder eine Datenübertragungseinrichtung auf, auch wenn dies in 1 nicht explizit gezeigt ist. Der zumindest eine Fahrzeugsensor ist ausgebildet, um ein Sensorsignal 105 bereitzustellen, das zumindest eine Eigenschaft des Fahrzeugs, Fahrdaten des Fahrzeugs, zumindest eine Eigenschaft des Fahrzeuginsassen OCC und/oder zumindest eine Eigenschaft des Kollisionsobjekts OBJ repräsentiert. Die Datenübertragungseinrichtung ist ausgebildet, um ein Nachrichtensignal 105 von einer fahrzeugexternen Signalquelle zu empfangen und bereitzustellen. Das Nachrichtensignal kann zumindest eine Eigenschaft des Fahrzeugs, Fahrdaten des Fahrzeugs und/oder zumindest eine Eigenschaft des Kollisionsobjekts OBJ repräsentieren.
Das Insassenschutzsystem 110 weist zumindest eine Insassenschutzeinrichtung 120 und ein Steuergerät 130 auf. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Insassenschutzsystem 110 beispielhaft lediglich eine Insassenschutzeinrichtung 120 auf. Die Insassenschutzeinrichtung 120 und das Steuergerät 130 sind hierbei signalübertragungsfähig miteinander verbunden.
Die Insassenschutzeinrichtung 120 ist ausgebildet, um den Fahrzeuginsassen OCC bei der Kollision zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Kollisionsobjekt OBJ zu schützen. Dabei kann die Insassenschutzeinrichtung 120 zumindest ein Rückhaltemittel, zumindest eine einstellbare Absorbereinrichtung zum Absorbieren einer Kollisionsenergie, ein zurückziehbares Lenkrad, ein zurückziehbares Armaturenbrett, einen verfahrbaren Fahrzeugsitz und/oder eine Betriebsbremse des Fahrzeugs 100 aufweisen.
Das Steuergerät 130 ist signalübertragungsfähig mit der Sensoreinrichtung 104 verbunden. Das Steuergerät 130 ist ausgebildet, um die Insassenschutzeinrichtung 120 bei einer Kollision, beispielsweise bei einer Kollision zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Kollisionsobjekt OBJ anzusteuern. Dabei weist das Steuergerät 130 eine Bestimmungseinrichtung 132, eine Ermittlungseinrichtung 134 und eine Bereitstellungseinrichtung 136 auf.
Die Bestimmungseinrichtung 132 des Steuergerätes 130 ist ausgebildet, um zu mindestens einem auf die kollisionsbezogenen Zeitpunkt Eingangsdaten 133 zu bestimmen. Die Eingangsdaten 133 repräsentieren eine zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch abzubauende kinetische Insassenenergie des Fahrzeuginsassen OCC des Fahrzeugs 100, einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren, für einen Bewegungszustand des Fahrzeuginsassen OCC relevanten Fahrzeugdeformationsweg s_defo und einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren Verlagerungsweg s_int des Fahrzeuginsassen OCC relativ zu dem Fahrzeug 100. Der für den Bewegungszustand des Fahrzeuginsassen OCC relevante Fahrzeugdeformationsweg s_defo kann sich auf eine Deformation einer Knautschzone des Fahrzeugs 100 beziehen.
Die Bestimmungseinrichtung 132 ist insbesondere ausgebildet, um die Eingangsdaten 133 unter Verwendung des Sensorsignals 105 und/oder des Nachrichtensignals 105 von der Sensoreinrichtung 104, unter Verwendung zumindest eines Modellparameters eines Fahrzeugmodells, eines Insassenmodells und/oder eines Kollisionsmodells, und/oder unter Verwendung zumindest eines Vorgabewertes für die Eingangsdaten 133 als Basisinformationen zu bestimmen. Somit ist die Bestimmungseinrichtung 132 beispielsweise ausgebildet, um die Basisinformationen zum Bestimmen der Eingangsdaten 133 von der Sensoreinrichtung 104 und/oder einer internen oder externen Speichereinrichtung einzulesen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bestimmungseinrichtung 132 ausgebildet, um Eingangsdaten 133 zu bestimmen, die auch eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeuginsassen OCC und dem Fahrzeug 100 und/oder einen Abstand s_ext zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Kollisionsobjekt OBJ repräsentieren. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Bestimmungseinrichtung 132 ausgebildet, um Eingangsdaten 133 zu bestimmen, die als Fahrzeugdeformationsweg s_defo einen von einem Massenschwerpunkt CM zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Kollisionsobjekt OBJ abhängigen Anteil eines Deformationsweges des Fahrzeugs 100 und/oder eines Deformationsweges des Kollisionsobjekts OBJ repräsentieren.
Die Ermittlungseinrichtung 134 des Steuergerätes 130 ist ausgebildet, um unter Verwendung der Eingangsdaten 133 von der Bestimmungseinrichtung 132 eine Rückhaltekraft F bzw. F(t) zu ermitteln. Die Rückhaltekraft F bzw. F(t) repräsentiert eine mittels der Insassenschutzeinrichtung 120 bereitstellbare Kraft, die zu dem mindestens einen Zeitpunkt geeignet ist, um die Insassenenergie des Fahrzeuginsassen OCC bis zum Ende der Kollision zu minimieren.
Die Bereitstellungseinrichtung 136 des Steuergerätes 130 ist ausgebildet, um ein Ansteuersignal 140 zum Ansteuern der Insassenschutzeinrichtung 120 bereitzustellen. Das Ansteuersignal 140 ist unter Verwendung der Rückhaltekraft F bzw. F(t) von der Ermittlungseinrichtung 134 erzeugt.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Ansteuern gemäß einem Ausführungsbeispiel. Durch Ausführen des Verfahrens 200 zum Ansteuern ist zumindest eine Insassenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug bei einer Kollision ansteuerbar. Das Verfahren 200 zum Ansteuern ist hierbei unter Verwendung des Steuergerätes aus 1 oder eines ähnlichen Steuergerätes und/oder in Verbindung mit dem Insassenschutzsystem aus 1 oder einem ähnlichen Insassenschutzsystem ausführbar.
In einem Schritt 210 des Bestimmens werden bei dem Verfahren 200 zum Ansteuern Eingangsdaten zu mindestens einem auf die Kollision bezogenen Zeitpunkt bestimmt. Die Eingangsdaten repräsentieren eine zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch abzubauende kinetische Insassenenergie eines Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs, einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren, für einen Bewegungszustand des Fahrzeuginsassen relevanten Fahrzeugdeformationsweg und einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt noch verfügbaren Verlagerungsweg des Fahrzeuginsassen relativ zu dem Fahrzeug.
Nachfolgend wird bei dem Verfahren 200 zum Ansteuern in einem Schritt 220 des Ermittelns unter Verwendung der in dem Schritt 210 des Bestimmens bestimmten Eingangsdaten eine Rückhaltekraft ermittelt. Die Rückhaltekraft repräsentiert eine mittels der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung bereitstellbare Kraft, die zu dem mindestens einen Zeitpunkt geeignet ist, um die Insassenenergie des Fahrzeuginsassen bis zum Ende der Kollision zu minimieren.
Wiederum nachfolgend wird in einem Schritt 230 des Bereitstellens bei dem Verfahren 200 zum Ansteuern ein Ansteuersignal zum Ansteuern der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung bereitgestellt. Das Ansteuersignal ist unter Verwendung der in dem Schritt 220 des Ermittelns ermittelten Rückhaltekraft erzeugt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden zumindest der Schritt 210 des Bestimmens und der Schritt 220 des Ermittelns für eine Mehrzahl von Zeitpunkten vor und/oder während der Kollision zyklisch wiederholt ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können im Schritt 210 des Bestimmens erste Eingangsdaten für einen Kopf des Fahrzeuginsassen und zweite Eingangsdaten für einen Rumpf des Fahrzeuginsassen bestimmt werden und können im Schritt 220 des Ermittelns unter Verwendung der ersten Eingangsdaten eine erste Rückhaltekraft für den Kopf des Fahrzeuginsassen und unter Verwendung der zweiten Eingangsdaten eine zweite Rückhaltekraft für den Rumpf des Fahrzeuginsassen ermittelt werden.
Insbesondere wird im Schritt 230 des Bereitstellens ein Ansteuersignal bereitgestellt, das bei einer Verwendung durch die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung ein Aufbringen der Rückhaltekraft durch die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung bewirkt und/oder abhängig von zumindest einer Schwellenwertentscheidung eine Ansteuerung zumindest einer Insassenschutzeinrichtung aus einer Mehrzahl von Insassenschutzeinrichtungen bewirkt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 230 des Bereitstellens ein von einem Sitzplatz des Fahrzeuginsassen abhängiges Ansteuersignal bereitgestellt.
Anders ausgedrückt basiert das Verfahren 200 zum Ansteuern insbesondere auf einer Vorhersage eines zukünftigen Verhaltens des Fahrzeugs und der Insassen und verknüpft diese mit momentan zugänglichen Messwerten bzw. Eingangsdaten. Um Vorhersagen des zukünftigen Verhaltens zu erzeugen, kommen beispielsweise Modelle bzw. Modelldaten zum Einsatz. Je nach verfügbarer Rechenkapazität im Fahrzeug können diese Modelle detaillierter oder einfacher gestaltet sein. Das Verfahren 200 zum Ansteuern beschreibt unter anderem, wie unfallrelevante Parameter bzw. Eingangsdaten zum Insassenschutz vor und/oder während einer Kollision bestimmt werden können.
Beispielhaft wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 für die Bewegung des Fahrzeuges ein einfaches Federmodell vorgestellt. In gleicher Weise lassen sich aber auch andere Verfahren, wie z. B. FEM-Modell (FEM = Finite-Elemente-Methode) oder andere Methoden in sinngemäßer Weise anwenden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Federmodells 300 für eine Fahrzeugkollision. Dabei ist ein erstes Fahrzeug, beispielsweise das Fahrzeug aus 1, als erster Massenpunkt mit einer ersten Masse m₁ und einer angehängten Feder mit einer ersten Federkonstanten D₁ dargestellt, wobei ein Kollisionsobjekt bzw. gegnerisches Objekt als ein zweiter Massenpunkt m₂ und einer angehängten Feder mit einer zweiten Federsteifigkeit D₂ dargestellt ist. Im Falle einer Kollision lassen sich die bisher getrennten Federn als gemeinsame Feder mit einer einheitlichen Steifigkeit D ausdrücken: $D = \frac{D_{1} \cdot D_{2}}{D_{1} + D_{2}}$
Es lässt sich eine reduzierte Masse m_red einführen: $m_{r e d} = \frac{m_{1} \cdot m_{2}}{m_{1} + m_{2}}$
Die Massenpunkte m₁ und m₂ erfahren dann die jeweiligen Verzögerungen bzw. Beschleunigungen: $a_{1} (t) = - v_{c r a s h} \frac{m_{2}}{m_{1} + m_{2}} \sqrt{\frac{D}{m_{r e d}}} sin (\sqrt{\frac{D}{m_{r e d}} t})$
und $a_{2} (t) = - v_{c r a s h} \frac{m_{2}}{m_{1} + m_{2}} \sqrt{\frac{D}{m_{r e d}}} sin (\sqrt{\frac{D}{m_{r e d}} t})$
wobei v_crash = v₁-v₂ ist. Hier und im Folgenden bezeichnet i. A. die Größe t die Zeit, die seit Kollisionsbeginn vergangen ist.
Geschwindigkeit und Ort des Fahrzeugs bzw. eigenen Fahrzeugs, also der Masse m₁ , lassen sich aus der Beschleunigung a₁ durch einfache bzw. zweifache Integration berechnen. Es ergibt sich dann für das Fahrzeug bzw. eigene Fahrzeug: $v_{1} (t) = v_{C M} + v_{c r a s h} \frac{m_{2}}{m_{1} + m_{2}} c o s (\sqrt{\frac{D}{m_{r e d}} t})$
$s_{1} (t) = v_{C M} t + v_{c r a s h} \frac{m_{2}}{m_{1} + m_{2}} \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} c o s (\sqrt{\frac{D}{m_{r e d}} t})$
Dabei ist v_CM die Geschwindigkeit des gemeinsamen Massenschwerpunkts der Massenpunkte m₁ und m₂ .
Durch Auswertung der vorstehend genannten Formeln lässt sich nun, wenn die Eingangsvariablen bekannt sind, für jeden Zeitpunkt der Zustand des Systems vorhersagen.
Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren wird nachfolgend zunächst ein vereinfachter Ablauf des Verfahrens aus 2 zum Ermitteln der Rückhaltekraft F mit anderen Worten erläutert bzw. dargelegt.
Bei dem vereinfachten Ablauf wird basierend auf einem durch Sensoren, beispielsweise die Sensoreinrichtung 104, bestimmten Anfangszustand des physikalischen Systems aus Fahrzeug 100 bzw. Egofahrzeug, Kollisionsobjekt OBJ bzw. gegnerisches Objekt oder Fremdfahrzeug und schließlich Fahrzeuginsasse OCC und einem berechneten Endzustand nach einer Kollision direkt die Rückhaltekraft F bzw. zur Rückhaltung des Insassen notwendige mittlere Kraft F berechnet. Der transiente Zustand im Übergang vom Anfangszum Endzustand bleibt hier unberücksichtigt. Während der Kollision geht das Fahrzeug 100 von einem stationären Zustand, charakterisiert durch die Geschwindigkeit v₁ , in einen anderen stationären Zustand, charakterisiert durch die Endgeschwindigkeit v_Ende, über. Durch die Kollision mit dem Kollisionsobjekt OBJ erfährt das Fahrzeug 100 somit eine Geschwindigkeitsänderung Δv. Ziel des Insassenschutzsystems 110 bzw. Rückhaltesystems ist es insbesondere, den Fahrzeuginsassen OCC relativ zum Fahrzeug 100 in dessen stationärem Endzustand zur Ruhe zu bringen. Dies bedeutet, dass das Insassenschutzsystem 110 die Insassenenergie $E_{o c c} = \frac{1}{2} m_{o c c} Δ v^{2}$
abbauen bzw. an die Fahrzeugstruktur des Fahrzeugs 100 weitergeben soll. In einem optimalen Fall hat es dazu eine Strecke s = s_defo + s_int zur Verfügung, d. h. die Summe aus Fahrzeugdeformation bzw. Deformationsweg s_defo und verfügbarem Vorverlagerungsraum bzw. Verlagerungsweg s_int im Fahrzeuginnenraum.
Aus einer Betrachtung der geleisteten Arbeit W $W = F \cdot s = E_{o c c}$
folgt: $F = \frac{E_{o c c}}{s} = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} Δ v^{2}}{s_{d e f o} + s_{i n t}}$
Die Rückhaltekraft F ist genau die Kraft, welche den Fahrzeuginsassen OCC exakt innerhalb der zu Verfügung stehenden Strecke s bzw. des zur Verfügung stehenden Weges s relativ zum Endzustand des Fahrzeuges 100 zur Ruhe bringt. Die Rückhaltekraft F ist somit auch die niedrigste mögliche, also im Hinblick auf den Fahrzeuginsassen OCC optimale Kraft. Das Insassenschutzsystem 110, das diese im Rahmen des Verfahrens 200 zum Ansteuern ermittelte Rückhaltekraft F aufbringt, bietet dem Fahrzeuginsassen OCC bestmöglichsten Schutz bei geringstmöglicher Belastung.
Im Falle einer Fahrzeug-Fahrzeug-Kollision, wobei v₁ , m₁ , D₁ die Anfangsgeschwindigkeit, Masse und Steifigkeit bzw. Federkonstante der Deformationsstruktur des Fahrzeuges 100 sind und entsprechend v₂ , m₂ und D₂ jene des gegnerischen Fahrzeuges bzw. Kollisionsobjekt des OBJ sind, lassen sich aus dem Impulssatz und einem Modellansatz, hier beispielsweise das unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Federmodell, die Eingangsdaten 133 zur Bestimmung von F in dieser Form wie folgt berechnen.
Geschwindigkeitsänderung:
$Δ v = \frac{v_{c r a s h}}{\frac{m_{1}}{m_{2}} + 1} (1 + ε)$
wobei v_crash die Relativgeschwindigkeit zwischen den an der Kollision beteiligten Fahrzeugen, also v_crash = v₁-v₂ ist. Diese Größe kann z. B. vor Beginn der Kollision durch eine vorausschauende Sensierungseinrichtung bzw. die Sensoreinrichtung 104 zur Verfügung gestellt werden. □ ist der Restitutionskoeffizient. Typische Restitutionskoeffizienten können z. B. in Abhängigkeit von der Kollisionsgeschwindigkeit in einer Tabelle hinterlegt sein.
Verfügbare Fahrzeugdeformation bzw. verfügbarer Deformationsweg sdefo: $s_{d e f o} = Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}}$
wobei mred die reduzierte Masse $\frac{m_{1} \cdot m_{2}}{m_{1} + m_{2}}$
ist und D die gemeinsame Federkonstante $\frac{D_{1} \cdot D_{2}}{D_{1} + D_{2}}$
ist. Die Masse m₂ des Unfallgegners bzw. Kollisionsobjekt des OBJ und dessen Steifigkeit D₂ lassen sich beispielsweise mittels einer sogenannten Precrashsensorik, z. B. RADAR-, Video- oder Ultraschallsensorik, und/oder mittels so genannter Car2Car-Kommunikation und/oder Car2X-Kommunikation gewinnen. Alternativ oder als zusätzliche Information können auch vorher festgelegte Standardwerte verwendet werden. Für die Berechnung von s_defo wird die Kollision beispielsweise als Federmodell angenähert, wie es unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist.
Der verfügbare Vorverlagerungsraum bzw. Verlagerungsweg s_int im Fahrzeuginnenraum kann als von einem System zur Fahrzeuginsassenerfassung bzw. einem sogenannten Interior Occupant Sensing-System (IOS-System) zur Verfügung gestellt angenommen werden. Alternativ kann der Verlagerungsweg s_int über ein Insassenmodell ermittelt werden, das eine dynamische Bewegung des Fahrzeuginsassen OCC beschreibt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei einer Anwendung auf der Basis von Precrash-Information und eines Federmodells als Vereinfachung der Fahrzeugstruktur eine erste Bestimmung der Rückhaltekraft F beispielsweise in einem Airbagsteuergerät durchgeführt werden. Durch Vergleich mit vorher festgelegten Schwellenwerten für den Wert der Rückhaltekraft F können Auslöseentscheidungen getroffen werden. Wenn z. B. F > F_BT gilt, wird beispielsweise ein Gurtstraffer aktiviert, wenn F > F_AB1 gilt, wird eine erste Airbagstufe aktiviert, und wenn F > F_AB2 gilt, wird eine zweite Airbagstufe aktiviert. Eine Aktivierung eines Rückhaltemittels bzw. der Insassenschutzeinrichtung 120 kann auch mit einer zeitlichen Verzögerung Δt erfolgen, welche z. B. von dem bestimmten Verlagerungsweg s_int bzw. einer voraussichtlichen Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen OCC, z. B. bestimmt durch ein Insassenmodell, abhängen kann.
Es kann auch eine Rechenvorschrift in folgender Form verwendet werden: $F = \frac{E_{o c c}}{s} = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} Δ v^{2}}{s_{d e f o} + s_{i n t} + s_{e x t}}$
Der Abstand s_ext bezeichnet in diesem Fall eine Entfernung von dem Fahrzeug 100 zu einem sich beispielsweise in Fahrtrichtung befindlichen Hindernis als Kollisionsobjekt OBJ. Dieser Abstand s_ext kann als Messwert z. B. von einem vorausschauenden Sensor der Sensoreinrichtung 104 bereitgestellt werden. In Ergänzung zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kann so noch eine zusätzliche niedrigere Schwelle F_AEB eingeführt werden. Im Fall F > F_AEB wird beispielsweise eine automatische Notbremsung initiiert. Beispielsweise wird die automatische Notbremsung ebenso bei einer Überschreitung aller höheren Schwellen mit initiiert. Ein solches Ausführungsbeispiel zeigt, wie eine automatische Notbremsung (Autonomous Emergency Braking, AEB) organisch durch das Verfahren 200 in die Ansteuerung der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung 120 mit einbezogen werden kann. Falls F> F_AEB, aber F < F_BT, wird beispielsweise durch die Notbremsung beispielsweise zumindest ein Teil der Insassenenergie Eocc abgebaut, sodass eventuell darauf verzichtet werden kann, weitere Rückhaltemittel bzw. Insassenschutzeinrichtungen 120 zu aktivieren.
Es ist auch möglich, Rückhaltemittel bzw. Insassenschutzeinrichtungen 120 anzusteuern, die nicht nur eine relative Vorwärtsbewegung des Fahrzeuginsassen OCC bezogen auf eine Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs 100 verlangsamen, sondern in auch aktiv relativ zum Innenraum des Fahrzeugs 100 nach hinten relativ zu der Vorwärtsfahrtrichtung bewegen. Solche sogenannten voranstoßenden Systeme erfordern keine besondere Behandlung im Verfahren 200, sondern werden mit der gleichen Rechenvorschrift behandelt. Es existieren zudem auch Aktuatoren, welche eine Geometrie des Innenraums des Fahrzeugs 100 verändern können, z. B. ein aktives Lenkrad, welches sich vom Fahrzeuginsassen OCC entfernt. Ein Insassenschutzsystem 110 mit solchen Insassenschutzeinrichtungen 120 kann direkt durch das Verfahren 200 bzw. das gemäß dem Verfahren 200 bereitgestellten Ansteuersignal 140 angesteuert werden. Eine mögliche Ansteuerung kann folgendermaßen geschehen: Bevor die vorstehend aufgeführten Schwellen F_BT , F_AB1 , usw. abgefragt werden, wird eine spezielle Schwelle F _LR abgefragt. Wenn F > F_LR, dann wird das Lenkrad zurückgezogen. Damit erhöht sich der Wert für den Verlagerungsweg s_int bzw. eine mögliche Vorverlagerung des Insassen. Durch Übergabe eines Parameters oder durch direkte Messung kann nun ein neuer Verlagerungsweg s_int bestimmt werden und zur Bestimmung der Rückhaltekraft F verwendet werden. Als Ergebnis wird ein neuer, hier geringerer, Wert für die Rückhaltekraft F generiert. Dieser Wert wird nun in beschriebener Weise mit den restlichen Schwellen verglichen. Das Verfahren 200 kann in vergleichbarer Weise mit verstellbaren Sitzen oder verschiebbaren Instrumententafeln und ähnlichem verwendet werden.
Der vorstehend angeführte vereinfachte oder einfache Ablauf kann lediglich Daten verwenden, die sich auf den Zustand vor Kollisionsbeginn beziehen. Damit kann zwar schon eine vorteilhafte Ansteuerung der Rückhaltesysteme durchgeführt werden, allerdings ist es noch günstiger, wenn in einem erweiterten Ablauf des Verfahrens aus 2 die Rückhaltekraft F über den gesamten Kollisionsverlauf berechnet werden kann, also als Rückhaltekraft F(t) über die Zeit t. Dadurch kann eine noch feinfühligere Ansteuerung der Insassenschutzeinrichtung 120 ermöglicht werden. Hierbei werden die Eingangsgrößen bzw. Eingangsdaten 133 als zeitlich variable Größen über den Kollisionsverlauf hinweg bestimmt. Die Gleichung lautet dann: $F (t) = \frac{E_{o c c} (t)}{s (t)} = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} \cdot Δ v_{o c c} {(t)}^{2}}{s_{d e f o} (t) + s_{i n t} (t)}$
4 zeigt ein schematisches Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm 400 zur Verwendung bei dem Verfahren aus 2. Hierbei wird mittels des Verfahrens aus 2 oder eines ähnlichen Verfahrens die Rückhaltekraft F über den gesamten Kollisionsverlauf berechnet, also als Rückhaltekraft F(t) über die Zeit t. In diesem Zusammenhang zeigt 4 insbesondere eine Bestimmung der noch abzubauenden Insassenenergie E_occ(t) bzw. eine schematische Darstellung eines Verlaufs des Geschwindigkeitsabbaus für das Fahrzeug und den Fahrzeuginsassen.
In dem Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm 400 ist an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse eine Geschwindigkeit v(t) als eine Funktion der Zeit t aufgetragen ist. Entlang der Abszissenachse sind ein Kollisionsbeginn t₀ und ein beliebig gewählter Zeitpunkt t_n nach dem Kollisionsbeginn t₀ eingezeichnet. Bezogen auf die Ordinatenachse sind eine Anfangsgeschwindigkeit v₁ und eine Endgeschwindigkeit v_Ende des Systems aus Fahrzeug und Fahrzeuginsasse eingezeichnet. Zusätzlich dargestellt sind Definitionen verschiedener geschwindigkeitsabhängiger Größen zu dem beliebig gewählten Zeitpunkt t_n . Hierauf wird nachfolgend noch detaillierter eingegangen.
Anders als bei der Berechnung der abzubauenden Insassenenergie E_occ basierend auf der Differenz zwischen der Geschwindigkeit vor der Kollision und nach der Kollision, wobei sich der Insasse vor und nach der Kollision relativ zum Fahrzeug in Ruhe befindet und es daher nicht notwendig ist, in der Energiebetrachtung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit und Insassengeschwindigkeit zu trennen, wird hierbei zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit v₁(t) und Insassengeschwindigkeit v_occ(t) unterschieden, da die Verhältnisse während der Kollision berechnet werden sollen und die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und des Fahrzeuginsassen während der Kollision nicht mehr bzw. nicht immer identisch sind. Die für die noch abzubauende Insassenenergie E_occ(t) relevante Größe ist die noch abzubauende Geschwindigkeit des Insassen Δv_occ(t). Wie aus dem Diagramm 400 hervorgeht, kann Δv_occ(t) auf folgende Weise berechnet werden: $Δ v_{o c c} (t) = Δ v (t_{0}) - d v (t) + v_{r e l o c c} (t)$
Dabei ist Δv(t₀ ) identisch mit Δv aus dem vereinfachten Ablauf und bezeichnet die Gesamtgeschwindigkeitsänderung zwischen dem Zustand vor der Kollision und nach der Kollision. Sie kann im Zusammenhang mit dem Verfahren aus 2 bestimmt werden. Ferner bezeichnet dv(t) einen bisher erfolgten Geschwindigkeitsabbau des Fahrzeugs. Falls im Fahrzeug ein Beschleunigungssensor außerhalb der Kollisionszone installiert ist, kann diese Größe daraus direkt durch Integration berechnet werden, $d v (t) = \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ$
wobei acc(τ) die Messwerte der Beschleunigung bezeichnet. Alternativ ist es auch möglich, dv(t) aus einem Kollisionsmodell zu berechnen, im einfachsten Fall z. B. aus dem 2-Massen-Feder Modell. Ferner bezeichnet v_relocc(t) eine Relativgeschwindigkeit des Fahrzeuginsassen bezogen auf den Fahrzeuginnenraum. Diese kann beispielsweise durch ein Fahrzeuginnenraum-Insassensensierungssystem (IOS; Interior Occupant Sensing) bestimmt werden. Alternativ ist es auch möglich, diesen Wert aus einem Insassenmodell zu bestimmen, welches beispielsweise im einfachsten Fall aus einer Masse, welche den Fahrzeuginsassen repräsentiert, und einem Feder-Dämpfer-System, welches das Rückhaltemittel bzw. die Insassenschutzeinrichtung darstellt, zusammengesetzt ist. Als Eingangsgröße kann das Modell die Insassenmasse sowie die Fahrzeugbeschleunigung verwenden. Auch diese kann wieder direkt gemessen, wie vorhergehend gezeigt, oder über eine Modellrechnung bestimmt werden. Bei Verwendung eines IOS und der Fahrzeugbeschleunigung kann die noch abzubauende Insassenenergie E_occ(t) somit wie folgt bestimmt werden: $E_{o c c} (t) = \frac{1}{2} * m_{o c c} * {(Δ v (t_{0}) - d v (t) + v_{r e l o c c} (t))}^{2}$
bzw. $E_{o c c} (t) = \frac{1}{2} * m_{o c c} * {(Δ v (t_{0}) - \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ + v_{r e l o c c} (t))}^{2}$
5 zeigt ein schematisches Zeit-Weg-Diagramm 500 zur Verwendung bei dem Verfahren aus 2. Hierbei wird mittels des Verfahrens aus 2 oder eines ähnlichen Verfahrens der noch zur Verfügung stehende Deformationsweg s_defo(t) bestimmt. Anders repräsentiert 2 eine Darstellung eines Bewegungszustandes und Deformationszustandes eines Fahrzeugs bzw. Ego-Fahrzeugs und eines Fremdfahrzeugs bzw. Gegnerfahrzeuges. In dem Zeit-Weg-Diagramm 500 bzw. Zeit-Position-Diagramm ist an der Abszissenachse der Weg s bzw. die Position aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse die Zeit t aufgetragen ist. Entlang der Ordinatenachse sind ein Kollisionsbeginn t₀ und ein beliebig gewählter Zeitpunkt t_n nach dem Kollisionsbeginn t₀ eingezeichnet.
Ferner sind in dem Diagramm 500 eine Bewegung bzw. ein Weg oder Positionsverlauf eines gemeinsamen Massenschwerpunktes s_CM(t) des Ego-Fahrzeugs und des Gegnerfahrzeugs und eine Bewegung s*(t) dargestellt, die eine Bewegung des Ego-Fahrzeuges bezeichnet, falls die Anfangsgeschwindigkeit v₁(t₀) beibehalten worden wäre. Eine gestrichelte Linie zeigt eine Bewegung des Punktes des maximalen Deformationsweges s_defomax(t) bzw. der maximalen Fahrzeugdeformation s_defomax(t). Der Punkt des maximalen Deformationsweges s_defomax(t) basiert auf einer Vorhersage und bewegt sich mit der Schwerpunktsgeschwindigkeit.
Ein besonderes Merkmal hierbei ist, dass für die Berechnung des noch zur Verfügung stehenden Deformationsweges s_defo(t) weder die Deformation des Ego-Fahrzeuges noch die Gesamtdeformation beider Fahrzeuge verwendet wird, sondern die für den Insassen tatsächlich nutzbare, wirksame Deformation. Diese beträgt z. B. bei gleichen Steifigkeiten der Kollisionspartner, je nach Massenverhältnis der Kollisionspartner, lediglich einen Teil der eigenen Fahrzeugdeformation (Egomasse > Gegnermasse), die eigene Fahrzeugdeformation und ein Teil der gegnerischen Fahrzeugdeformation (Egomasse < Gegnermasse) oder, als Sonderfall, genau die eigene Fahrzeugdeformation (Egomasse = Gegnermasse). Dies ergibt sich aus folgender Überlegung: Für den Fahrzeuginsassen relevant sind lediglich Veränderungen des Bewegungszustandes. Der gemeinsame Massenschwerpunkt beider Fahrzeuge verändert aber seinen Bewegungszustand aufgrund der Kollision nicht (v_CM = const.). Also kann, ohne dass der Bewegungszustand des Fahrzeuginsassen beeinflusst wird, das System in ein Koordinatensystem transformiert werden, bei dem der gemeinsame Massenschwerpunkt der Fahrzeuge in Ruhe ist. Falls man zur Veranschaulichung beide Fahrzeuge wieder als Massenpunkte und die Kollision als Zusammendrücken einer Feder darstellt, befindet sich der Massenschwerpunkt irgendwo auf der Feder. Die für den Insassen nutzbare Deformation ist nun, vom Ego-Fahrzeug aus betrachtet, nur diejenige Deformation diesseits des Massenschwerpunkts, da sich die Feder am Punkt des Massenschwerpunkts in Ruhe befindet und deswegen die Deformation jenseits des Massenschwerpunkts für den Fahrzeuginsassen keine Wirkung hat. Rechnerisch kann nun die Deformation entsprechend den Definitionen des Diagramms 500 aus 5 wie folgt bestimmt werden.
Berechnung des Ortes des Punktes der maximalen Deformation s_defomax(t): $s_{d e f o m a x} (t) = s_{d e f o} (t_{0}) + v_{C M} \cdot t$
Berechnung der Position des Ego-Fahrzeuges s₁(t) (dieser Punkt wird zum Zeitpunkt t₀ als 0 angenommen): $s_{1} (t) = v_{1} (t_{0}) \cdot t - d s (t)$
Die Größe ds(t) kann aus einem Beschleunigungsmesswert durch zweimalige Integration errechnet werden: $d s (t) = {\int \int}_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ^{2}$
Somit ergibt sich: $s_{1} (t) = v 1 (t_{0}) \cdot t - {\int \int}_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ^{2}$
Die noch zur Verfügung stehende Fahrzeugdeformation ist nun die Differenz zwischen der Position des Ego-Fahrzeugs s₁(t) und der maximalen Deformation s_defomax(t): $s_{d e f o} (t) = s_{d e f o m a x} (t) - s_{1} (t)$
was $s_{d e f o} (t) = s_{d e f o} (t_{0}) + v_{C M} \cdot t - (v 1 (t_{0}) \cdot t - {\int \int}_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ^{2})$
ergibt.
Für s_defo(t₀ ) kann eine analoge Berechnungsvorschrift wie im vereinfachten Verfahren angesetzt werden, also: $s_{d e f o} (t_{0}) =Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}}$
Für v_CM wird die übliche Berechnungsvorschrift verwendet: $v_{C M} = \frac{m_{1} v_{1} + m_{2} v_{2}}{m_{1} + m_{2}}$
Die Gleichung lautet dann: $s_{d e f o} (t) = Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} + \frac{m_{1} v_{1} + m_{2} v_{2}}{m_{1} + m_{2}} \cdot t - (v 1 (t_{0}) \cdot t - \int \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ^{2})$
Die Werte für die Masse des Ego-Fahrzeugs m₁ und dessen Geschwindigkeit zu Crashbeginn v₁ werden als bekannt vorausgesetzt. Die Eigenmasse kann z. B. in einem Speicher hinterlegt werden oder dynamisch z. B. aus dem Beschleunigungsverhalten und/ oder Verzögerungsverhalten des Ego-Fahrzeuges bestimmt werden. Die Eigengeschwindigkeit ergibt sich z. B. aus der Raddrehzahl. Mit Hilfe eines Precrash-Sensors, der die Kollisionsgeschwindigkeit v_crash bestimmt, und der Eigengeschwindigkeit v₁ lässt sich dann auch die Gegnergeschwindigkeit v₂ bestimmen: $v_{c r a c h} = v_{1} - v_{2}$
also $v_{2} = v_{1} - v_{c r a s h}$
Die Masse m₂ des Gegners bzw. Gegnerfahrzeugs oder Koalitionspartners lässt sich beispielsweise aus vorausschauender Sensorik, beispielsweise Radar, Video etc., oder aus sogenannter Car2Car-Kommunikation herleiten. Stehen hier keine direkten Messwerte zur Verfügung, kann auch ein Standardwert hinterlegt werden. Alternativ zu dem hier beschriebenen direkten Vorgang zur Bestimmung des noch verbleibenden Deformationsraumes bzw. Deformationsweges kann dieser auch direkt modellbasiert bestimmt werden. Zum Einsatz kommt hier wieder die Vorstellung, dass sich der Kollisionsablauf durch ein 2-Massen-Feder System modellmäßig nachbilden lässt. In diesem Fall lässt sich die noch verbleibende Deformation als Differenz zwischen der Maximaldeformation s_defo(t₀) und der augenblicklich schon erfolgten Deformation ausdrücken: $s_{d e f o} (t) = Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} - Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} sin (\sqrt{\frac{D}{m_{r e d}}} t)$
Die Definitionen vom m_red und D entsprechen den vorstehend, insbesondere unter Bezugnahme auf 3, beschriebenen.
In der Anwendung kann jeweils eine der beiden Gleichungen oder auch eine geeignete Kombination der Resultate beider Bestimmungsgleichungen für s_defo(t) verwendet werden, z. B. durch eine gewichtete Mittelwertbildung aus beiden Resultaten.
Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden nachfolgend zunächst eine Bestimmung des noch zur Verfügung stehenden Verlagerungsweges s_int(t) bzw. inneren Vorverlagerungsweges s_int(t) und dann eine Herleitung einer Gesamtgleichung für die Rückhaltekraft F(t) erläutert bzw. dargelegt.
Der verfügbare Verlagerungsweg s_int(t) bzw. Vorverlagerungsraum im Fahrzeuginnenraum s_int(t) kann als von einem IOS-System (IOS = Interior Occupant Sensing; Insassenerfassung) zur Verfügung gestellt angenommen werden. Falls lediglich s_int(t₀), also die Position des Fahrzeuginsassen OCC zu Kollisionsbeginn bekannt ist, kann durch Anwendung eines mathematischen Insassenmodells die Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen OCC berechnet werden, wobei in diesem Fall z. B. die Verzögerung des Fahrzeuges 100 zum Antrieb des Modells verwendet wird. Auch ist eine Kombination aus beiden Vorgehensweisen, also modellbasiert und messungsbasiert, z. B. durch Bildung eines geeignet gewichteten Mittelwerts aus beiden Positionsbestimmungen möglich. Falls kein Messwert der Anfangsposition s_int(t₀) des Fahrzeuginsassen OCC zur Verfügung steht, kann auf einen beispielsweise in einem Speicher abgelegten Standardwert zurückgegriffen werden.
Als Gesamtgleichung ergibt sich dann für die Berechnung der Rückhaltekraft F(t) eine Zusammenführung der vorstehend angeführten Ausdrücke: $F (t) = \frac{E_{o c c} (t)}{s (t)} = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} Δ v {(t)}_{o c c}^{2}}{s_{d e f o} (t) + s_{i n t} (t)}$
Also: $F (t) = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} {(Δ v (t_{0}) - \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ + v_{r e l o c c} (t))}^{2}}{Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} + \frac{m_{1} v_{1} + m_{2} v_{2}}{m_{1} + m_{2}} \cdot t - (v 1 (t_{0}) \cdot t - \int {\int_{0}^{t} a c c (τ) d τ}^{2}) + s_{i n t} (t)}$
Oder alternativ: $F (t) = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} {(Δ v (t_{0}) - \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ + v_{r e l o c c} (t))}^{2}}{Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} - Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} sin (\sqrt{\frac{D}{m_{r e d}}} t) + s_{i n t} (t)}$
In einer erweiterten Formulierung kann noch analog zu den vorangegangen Überlegungen eine Größe s_ext(t), der noch verbleibende Abstand zu einem Hindernis bzw. Kollisionsobjekt OBJ, ergänzt werden: $F (t) = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} {(Δ v (t_{0}) - \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ + v_{r e l o c c} (t))}^{2}}{Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} + \frac{m_{1} v_{1} + m_{2} v_{2}}{m_{1} + m_{2}} \cdot t - (v_{1} (t_{0}) \cdot t - \int \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ^{2}) + s_{i n t} (t) + s_{e x t} (t)}$
Oder alternativ: $F (t) = \frac{\frac{1}{2} m_{o c c} {(Δ v (t_{0}) - \int_{t_{0}}^{t} a c c (τ) d τ + v_{r e l o c c} (t))}^{2}}{Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} - Δ v \cdot \sqrt{\frac{m_{r e d}}{D}} sin (\sqrt{\frac{D}{m_{r e d}}} t) + s_{i n t} (t) + s_{e x t} (t)}$
Eine Ansteuerung der Insassenschutzeinrichtungen 120 bzw. Rückhaltemittel kann unabhängig davon erfolgen, ob das Fahrzeug 100 sich noch vor der Kollision oder in der Kollision befindet. Ob es sich somit um eine Precrash- oder Incrash-Situation handelt, beeinflusst lediglich die Zahlenwerte von s_int(t), s_defo(t) und s_ext(t), lässt aber die Rechenvorschrift als solche unverändert. In diesem Sinne ist das Verfahren 200 zum Ansteuern vielseitig einsetzbar. Es braucht nicht zwischen Precrash-Situation und Incrash-Situation unterschieden zu werden.
Sinngemäß lassen sich die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des vereinfachten Ablaufs auf den erweiterten Ablauf des Verfahrens aus 2 übertragen, da der vereinfachte Ablauf im erweiterten Ablauf enthalten ist. Ein Vorteil des erweiterten Ablaufs ist eine verbesserte Möglichkeit der Ansteuerung von Insassenschutzeinrichtungen 120 bzw. Rückhaltemitteln, wie es im Folgenden kurz beschrieben ist.
Falls im Fahrzeug 100 eine Insassenschutzeinrichtung 120 bzw. ein Rückhaltemittel verbaut ist, welches in der Lage ist, in relativer kurzer Zeit eine variable Rückhaltekraft F_RH aufzubringen, kann dieses durch das Verfahren 200 bzw. das Steuergerät 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel direkt angesteuert werden. Die in jedem Zeitschritt errechnete Rückhaltekraft F(t) wird direkt als variable Rückhaltekraft F_RH umgesetzt, mit dem Resultat, dass der Fahrzeuginsasse OCC mit der niedrigst möglichsten Krafteinwirkung zurückgehalten wird.
Der erweiterte Ablauf des Verfahrens aus 2 ermöglicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Aktivierung von Insassenschutzeinrichtungen 120 bzw. Rückhaltemitteln auch nach Kollisionsbeginn auf der Basis des momentan errechneten Wertes der Rückhaltekraft F(t). Aufgrund der Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen OCC kann üblicherweise die Rückhaltekraft F(t) mit im Verlauf der Zeit t anwachsen. Dementsprechend ist es günstiger, die Insassenschutzeinrichtungen 120 möglichst früh zu aktivieren.
Zur Erzielung einer höheren Güte in der Ansteuerung der Insassenschutzeinrichtungen 120 kann das Verfahren 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel dahin gehend erweitert sein, dass eine getrennte Rechnung für den Kopf des Fahrzeuginsassen OCC und den Rumpf des Fahrzeuginsassen OCC durchgeführt wird. Entsprechend werden als Eingangsparameter bzw. für die Eingangsdaten 133 entsprechende Massen, d. h. Kopfmasse und Rumpfmasse, und Positionen s_int(t) verwendet. Als Resultat stehen dann die Kräfte F_Kopf(t) und F_Rumpf(t) als Rückhaltekräfte zur Verfügung. Unter der Annahme, dass beispielsweise ein Airbag vorwiegend auf den Kopf des Fahrzeuginsassen OCC wirkt und ein Sicherheitsgurt vorwiegend auf den Rumpf wirkt, können nun getrennte Schwellensätze F_{Kopfschwellen} und F_{Rumpfschwellen} für die entsprechenden Kräfte und Insassenschutzeinrichtungen 120 bzw. Rückhaltesysteme verwendet werden.
Das Verfahren 200 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner auf jeden einzelnen Sitzplatz des Fahrzeuges 100 angewendet werden. Dazu sind oder werden für jeden einzelnen Sitzplatz Schwellenwerte für die Aktivierung der Insassenschutzeinrichtungen 120 bzw. Rückhaltesysteme hinterlegt. Falls keine entsprechenden Sensierungssysteme vorhanden sind, kann die Ermittlung der Rückhaltekraft F(t) gemäß einem Ausführungsbeispiel auch mit festgelegten Standardwerten für einzelne Variablen der Eingangsdaten 133 durchgeführt werden, wobei die Standardwerte entweder als wahrscheinlichste Werte oder als risikoreichste Werte bzw. die Werte, die der größten Gefährdung des Fahrzeuginsassen OCC entsprechen, oder einer Kombination aus beidem festgelegt sein können. Optional kann auch der Fall berücksichtigt werden, dass der Fahrzeuginsasse OCC zu Beginn der Kollision nicht in Ruhe ist, sondern eine Anfangsgeschwindigkeit v_occstart besitzt. Dies kann bei der Bestimmung der Größe s_int(t) beispielsweise in der Form eines zusätzlichen Summanden v_occstart*t berücksichtigt werden.
6 zeigt ein schematisches Kraft-Zeit-Diagramm 600 hinsichtlich einer Kollision. Das Kraft-Zeit-Diagramm 600 steht im Zusammenhang mit dem Insassenschutzsystem aus 1 und/oder dem Verfahren zum Ansteuern aus 2. In dem Kraft-Zeit-Diagramm 600 ist an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse eine Rückhaltekraft F(t) als eine Funktion der Zeit t aufgetragen ist. Ein zeitlicher Verlauf 602 der Rückhaltekraft F(t) ist ebenfalls in dem Diagramm 600 eingezeichnet. Der Verlauf 602 der Rückhaltekraft F(t) ergibt sich, wenn keine Insassenschutzeinrichtung bzw. kein Rückhaltemittel aktiviert wird.
7 zeigt ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm 700 im Zusammenhang mit 6. In dem Weg-Zeit-Diagramm 700 ist an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse ein Weg s aufgetragen ist. Ferner sind in dem Diagramm 700 ein Verlauf des Verlagerungsweges s_int(t) und ein Verlauf des Deformationsweges s_defo(t) eingezeichnet.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 ist anzumerken, dass durch eine Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen bzw. eine Bewegung des Fahrzeuginsassen entlang des Verlagerungsweges s_int(t) und durch eine Deformation des Fahrzeuges entlang des Deformationsweges s_defo(t) die zur Rückhaltung des Fahrzeuginsassen notwendige Rückhaltekraft F(t) immer weiter zunimmt. Bei einer Aktivierung der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung beispielsweise nach 25 ms kann bereits eine um ca. 1000 N höhere Rückhaltekraft F(t) notwendig sein, als wenn das System vor oder zu Beginn der Kollision aktiviert worden wäre.
8 zeigt ein schematisches Kraft-Zeit-Diagramm 800 hinsichtlich einer Kollision. Das Kraft-Zeit-Diagramm 800 steht im Zusammenhang mit dem Insassenschutzsystem aus 1 und/oder dem Verfahren zum Ansteuern aus 2. In dem Kraft-Zeit-Diagramm 800 ist an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse eine Rückhaltekraft F(t) als eine Funktion der Zeit t aufgetragen ist. Ein zeitlicher Verlauf 802 der Rückhaltekraft F(t) ist ebenfalls in dem Diagramm 800 eingezeichnet.
9 zeigt ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm 900 im Zusammenhang mit 8. In dem Weg-Zeit-Diagramm 900 ist an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse ein Weg s aufgetragen ist. Ferner sind in dem Diagramm 900 ein Verlauf des Verlagerungsweges s_int(t) und ein Verlauf des Deformationsweges s_defo(t) eingezeichnet.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 ist anzumerken, dass bei Kollisionsbeginn wird die erforderliche Rückhaltekraft F(t) angelegt wird. Entsprechend bleibt die Rückhaltekraft F(t) auch im weiteren Verlauf konstant, bis der Fahrzeuginsasse unter der Verwendung des maximal zur Verfügung stehenden Vorverlagerungsraumes bzw. Verlagerungsweges s_int(t) zur Ruhe kommt.
10 zeigt ein schematisches Kraft-Zeit-Diagramm 1000 hinsichtlich einer Kollision. Das Kraft-Zeit-Diagramm 1000 steht im Zusammenhang mit dem Insassenschutzsystem aus 1 und/oder dem Verfahren zum Ansteuern aus 2. In dem Kraft-Zeit-Diagramm 1000 ist an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse eine Rückhaltekraft F(t) als eine Funktion der Zeit t aufgetragen ist. Ein zeitlicher Verlauf 1002 der Rückhaltekraft F(t) ist ebenfalls in dem Diagramm 1000 eingezeichnet. Ferner ist in dem Diagramm 1000 ein Aktivierungszeitpunkt 1004 eingezeichnet, zudem die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung aktiviert wird. Beispielsweise kann hierbei ein Airbag gezündet werden.
11 zeigt ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm 1100 im Zusammenhang mit 10. In dem Weg-Zeit-Diagramm 1100 ist an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse ein Weg s aufgetragen ist. Ferner sind in dem Diagramm 1100 ein Verlauf des Verlagerungsweges s_int(t) und ein Verlauf des Deformationsweges s_defo(t) eingezeichnet. Der Aktivierungszeitpunkt 1004 aus 10 ist zur besseren Veranschaulichung ebenfalls eingezeichnet.
Unter Bezugnahme auf 10 und 11 ist anzumerken, dass zu dem Aktivierungszeitpunkt 1004, beispielsweise bei ca. 20 ms, aufgrund einer Schwellenüberschreitung ein Airbag gezündet wird. Da der Airbag nicht sofort zur Verfügung steht, wächst zunächst die Rückhaltekraft F(t) weiter an. Zu einem späteren Zeitpunkt ist der Airbag voll aufgeblasen und bewirkt eine Rückhaltung. Dadurch sinkt die Rückhaltekraft F(t) wieder beispielsweise bis auf null ab. Der Fahrzeuginsasse kommt beispielsweise ca. 5 cm vor Ende des Verlagerungsweges s_int(t) zur Ruhe, da typischerweise Airbags nicht stufenlos gesteuert werden können und deswegen ein Sicherheitsabstand zum Armaturenbrett verbleibt.
Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen 1 bis 11 werden nachfolgend Grundlagen und Vorteile von Ausführungsbeispielen nochmals zusammenfassend und mit anderen Worten kurz dargestellt.
Beispielsweise erfolgt durch Ausführen des Verfahrens 200 zum Ansteuern und/oder mittels des Steuergerätes 130 eine Bestimmung bzw. zyklische Berechnung einer zum jeweiligen Zeitpunkt t gültigen mittleren Rückhaltekraft F(t), die notwendig ist, um den Fahrzeuginsassen OCC innerhalb des noch zur Verfügung stehenden Weges s(t) relativ zum Fahrzeug 100 bzw. der Kollision am Ende des Unfalls zur Ruhe zu bringen. Dabei werden zyklisch die Größen der noch abzubauenden Insassenenergie Eocc(t), der noch zur Verfügung stehenden Fahrzeugdeformation s_defo(t) und des noch zur Verfügung stehenden inneren Vorverlagerungsweges s_int(t) bestimmt bzw. berechnet. Die ermittelte mittlere Rückhaltekraft F(t) wird als vorteilhafter Parameter für die Ansteuerung der Insassenrückhaltemittel bzw. Insassenschutzeinrichtungen 120 verwendet, beispielsweise um die Art der zu aktivierenden Insassenschutzeinrichtung 120 zu bestimmen (z. B. Gurtstraffer (BT), Airbag 1. Stufe (AB1), Airbag 2. Stufe (AB2) oder eine Kombination hieraus). Bei Vorhandensein von adaptierbaren Insassenschutzeinrichtungen 120 können diese direkt mit der ermittelten Rückhaltekraft F(t) als Eingangsgröße angesteuert oder gesteuert werden.
Das Verfahren 200 zum Ansteuern ermöglicht auf einfache Weise eine Personalisierung des Rückhaltesystems bzw. Insassenschutzsystems 110 und ist skalierbar auf die Anzahl der Fahrzeuginsassen OCC. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird es insbesondere ermöglicht, während des Ablaufs der Kollision jeweils aktuelle Werte für die noch abzubauende Insassenenergie E_occ(t), für die noch zur Verfügung stehende Fahrzeugdeformation bzw. den Deformationsweg s_defo(t) und den noch zur Verfügung stehenden inneren Vorverlagerungsweg bzw. Verlagerungsweg s_int(t) explizit bei der Ansteuerung der Rückhaltemittel bzw. Insassenschutzeinrichtungen 120 zu berücksichtigen. Anders als herkömmliche Systeme, welche die Insassenmasse häufig lediglich als Umschaltparameter zwischen im Speicher abgelegten tabellierten Ansteuervarianten des Rückhaltesystems verwenden, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel durch die Verwendung der noch abzubauenden Insassenenergie E_occ(t) auf effiziente Weise eine Adaption des Insassenrückhaltesystems bzw. Insassenschutzsystems 110 auf die Masse des Fahrzeuginsassen OCC durchgeführt werden.
Die Verwendung der Größe Verlagerungsweg s_int(t) bei dem Verfahren 200 aus 2 ermöglicht eine effiziente Einbindung eines Innenraumsensierungssystems und/oder eines Insassenmodells zur Verbesserung der Ansteuerung der Insassenschutzeinrichtungen 120 bzw. Rückhaltemittel. Die Verwendung der Größen Insassenenergie E_occ(t) und Deformationsweg s_defo(t) bei dem Verfahren 200 aus 2 ermöglicht eine effiziente Verknüpfung von Fahrzeugstruktureigenschaften und Kollisionsschwere, z. B. über eine Einbeziehung von Modellannahmen über ein Fahrzeugkollisionsverhalten.
Das Verfahren 200 aus 2 ermöglicht ohne Änderung der Rechenvorschrift auch eine Aktivierung von voranstoßenden Systemen. Voranstoßende Systeme erlauben die Vorbeschleunigung des Fahrzeuginsassen OCC mittels eines geeigneten Aktuators vor dem Aufprall derart, dass sich eine Geschwindigkeit durch einen Aufprallpuls und eine Geschwindigkeit der Vorbeschleunigung destruktiv überlagern. Zudem sind keine unterschiedlichen Algorithmen für die Zeit vor der Kollision (Precrash-Phase) und während der Kollision (Incrash-Phase) erforderlich. Das hier beschriebene Verfahren 200 ist auf beide Phasen in gleicher Weise anwendbar und daher effizienter als bei einer Trennung nach Phasen.
Durch Ausführen des Verfahrens 200 aus 2 können auch Funktionen des hochautomatisierten Fahrens ganz oder teilweise angesteuert werden, z. B. kann eine Entscheidung zur Aktivierung einer automatischen Notbremsung getroffen werden. Die Betriebsbremse wird im Rahmen des Verfahrens 200 in natürlicher Weise gleichartig wie andere Aktuatoren der Fahrzeugsicherheit bzw. Insassenschutzeinrichtungen 120, wie z. B. ein Airbag behandelt, und benötigt daher keine gesonderten Aktivierungsmethoden und -algorithmen. Dabei wird zusätzlich die optionale Größe s_ext , der Abstand zu einem sich außerhalb des Fahrzeugs 100 befindlichen Kollisionsobjekt OBJ, eingeführt und verwendet.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Verfahren (200) zum Ansteuern zumindest einer Insassenschutzeinrichtung (120) für ein Fahrzeug (100) bei einer Kollision, wobei das Verfahren (200) zumindest folgende Schritte aufweist: Bestimmen (210) von Eingangsdaten (133) zu mindestens einem auf die Kollision bezogenen Zeitpunkt (t₀; t_n), wobei die Eingangsdaten (133) eine zu dem mindestens einen Zeitpunkt (t₀; t_n) noch abzubauende kinetische Insassenenergie (Eocc; Eocc(t)) eines Fahrzeuginsassen (OCC) des Fahrzeugs (100), einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt (t₀; t_n) noch verfügbaren, für einen Bewegungszustand des Fahrzeuginsassen (OCC) relevanten Fahrzeugdeformationsweg (s_defo; s_defo(t)) und einen zu dem mindestens einen Zeitpunkt (t₀; t_n) noch verfügbaren Verlagerungsweg (s_int; sj_nt(t)) des Fahrzeuginsassen (OCC) relativ zu dem Fahrzeug (100) repräsentieren; Ermitteln (220) einer Rückhaltekraft (F; F(t)) unter Verwendung der Eingangsdaten (133), wobei die Rückhaltekraft (F; F(t)) eine mittels der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung (120) bereitstellbare Kraft repräsentiert, die zu dem mindestens einen Zeitpunkt (t₀; t_n) geeignet ist, um die Insassenenergie (Eocc; Eocc(t)) des Fahrzeuginsassen (OCC) bis zum Ende der Kollision (t_Ende) zu minimieren; und Bereitstellen (230) eines Ansteuersignals (140) zum Ansteuern der zumindest einen Insassenschutzeinrichtung (120), wobei das Ansteuersignal (140) unter Verwendung der Rückhaltekraft (F; F(t)) erzeugt ist.
Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest der Schritt (210) des Bestimmens und der Schritt (220) des Ermittelns für eine Mehrzahl von Zeitpunkten (t_n) vor und/oder während der Kollision zyklisch wiederholt ausgeführt werden.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (210) des Bestimmens die Eingangsdaten (133) unter Verwendung zumindest eines Sensorsignals (105) von zumindest einem Fahrzeugsensor (104), zumindest eines Nachrichtensignals von einer fahrzeugexternen Signalquelle, zumindest eines Modellparameters eines Fahrzeugmodells, eines Insassenmodells und/oder eines Kollisionsmodells, und/oder zumindest eines Vorgabewertes für die Eingangsdaten (133) bestimmt werden.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (210) des Bestimmens Eingangsdaten (133) bestimmt werden, die zusätzlich eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeuginsassen (OCC) und dem Fahrzeug (100) und/oder einen Abstand (s_ext) zwischen dem Fahrzeug (100) und einem Kollisionsobjekt (OBJ) repräsentieren.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (210) des Bestimmens Eingangsdaten (133) bestimmt werden, die als Fahrzeugdeformationsweg (s_defo; s_defo(t)) einen von einem Massenschwerpunkt (CM) zwischen dem Fahrzeug (100) und einem Kollisionsobjekt (OBJ) abhängigen Anteil eines Deformationsweges des Fahrzeugs (100) und/oder eines Deformationsweges des Kollisionsobjekts (OBJ) repräsentieren.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (210) des Bestimmens erste Eingangsdaten (133) für einen Kopf des Fahrzeuginsassen (OCC) und zweite Eingangsdaten (133) für einen Rumpf des Fahrzeuginsassen (OCC) bestimmt werden, wobei im Schritt (220) des Ermittelns unter Verwendung der ersten Eingangsdaten (133) eine erste Rückhaltekraft (F; F(t)) für den Kopf des Fahrzeuginsassen (OCC) und unter Verwendung der zweiten Eingangsdaten (133) eine zweite Rückhaltekraft (F; F(t)) für den Rumpf des Fahrzeuginsassen (OCC) ermittelt werden.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (230) des Bereitstellens das Ansteuersignal (140) zum Ansteuern zumindest eines Rückhaltemittels, zumindest einer einstellbaren Absorbereinrichtung zum Absorbieren einer Kollisionsenergie, eines zurückziehbaren Lenkrads, eines zurückziehbaren Armaturenbretts (102), eines verfahrbaren Fahrzeugsitzes und/oder einer Betriebsbremse des Fahrzeugs (100) bereitgestellt wird.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (230) des Bereitstellens ein Ansteuersignal (140) bereitgestellt wird, das bei einer Verwendung durch die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung (120) ein Aufbringen der Rückhaltekraft (F; F(t)) durch die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung (120) bewirkt.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (230) des Bereitstellens ein Ansteuersignal (140) bereitgestellt wird, das abhängig von zumindest einer Schwellenwertentscheidung eine Ansteuerung zumindest einer Insassenschutzeinrichtung (120) aus einer Mehrzahl von Insassenschutzeinrichtungen (120) bewirkt.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (230) des Bereitstellens ein von einem Sitzplatz des Fahrzeuginsassen (OCC) abhängiges Ansteuersignal (140) bereitgestellt wird.
Steuergerät (130), das eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten auszuführen.
System (110) zum Insassenschutz für ein Fahrzeug (100), wobei das System (110) zumindest folgende Merkmale aufweist: das Steuergerät (130) gemäß Anspruch 11; und die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung (120), wobei die zumindest eine Insassenschutzeinrichtung (120) signalübertragungsfähig mit dem Steuergerät (130) verbindbar oder verbunden ist.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.