DE102022202636A1 - Method for estimating the mass of occupants on seats in a motor vehicle, as well as a seat adjustment system and a motor vehicle for carrying out this method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenschätzung von Insassen auf Sitzen (12) in einem Kraftfahrzeug, insbesondere eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs, sowie ein Sitz-Verstellsystem (10) und ein Kraftfahrzeug (12) zum Ausführen dieses Verfahrens, wobei mindestens ein Elektromotor (32) zur Verstellung mindestens einer Verstellebene (20) des besetzten Sitzes (12) angesteuert wird, und dabei eine eine Verstellkraft einer den mindestens einen Elektromotor (32) repräsentierenden Motorgröße erfasst wird, und ein Kräfte-Modell für ein Kräftegleichgewicht für die Verstellung des belegten Sitzes (12) zugrunde gelegt wird, und auf Grundlage des Kräfte-Modells aus der erfassten Motorgröße eine Masse (30) des Insassen auf dem Sitz (12) bestimmt wird.The invention relates to a method for estimating the mass of occupants on seats (12) in a motor vehicle, in particular an autonomously driving motor vehicle, as well as a seat adjustment system (10) and a motor vehicle (12) for carrying out this method, wherein at least one electric motor (32) for adjusting at least one adjustment level (20) of the occupied seat (12), and an adjusting force of a motor variable representing the at least one electric motor (32) is detected, and a force model for a balance of forces for the adjustment of the occupied seat ( 12) is taken as a basis, and a mass (30) of the occupant on the seat (12) is determined based on the force model from the detected engine size.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenschätzung von Insassen auf Sitzen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs, sowie ein Sitzverstell-System, sowie ein Kraftfahrzeug zum Ausführen dieses Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method for estimating the mass of occupants on seats in a motor vehicle, in particular an autonomously driving motor vehicle, as well as a seat adjustment system, and a motor vehicle for carrying out this method according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Mit der
Alternativ ist es auch aus der
Die Erfindung soll eine möglichst genaue Abschätzung der Massenverteilung der Insassen auf den Fahrzeugsitzen ermöglichen, ohne dass hierfür eine zusätzliche, spezielle Sensorik notwendig ist.The invention is intended to enable the most accurate estimation of the mass distribution of the occupants on the vehicle seats without the need for additional, special sensors.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Massenschätzung von Insassen auf Sitzen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs, sowie des Sitzverstell-Systems und dem Kraftfahrzeug zum Ausführen dieses Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Messung der Motorkraft der Stellantriebe des Sitzverstell-Systems genutzt werden kann, um die Massenverteilung des Insassen auf dem Sitz zu bestimmen. Hierzu kann als Motorgröße beispielsweise der Motorstrom oder die Motordrehzahl erfasst werden, um aus der Beschleunigung der Sitzkomponenten mittels eines Kräftegleichgewicht-Modells für den belegten Sitz die entsprechende Masse des Insassen abzuschätzen. Eine solche Massenabschätzung kann rein elektronisch in einem bereits vorhandenen Steuergerät realisiert werden, ohne dass hierfür zusätzliche Sensoren benötigt werden.The method according to the invention for estimating the mass of occupants on seats in a motor vehicle, in particular an autonomously driving motor vehicle, as well as the seat adjustment system and the motor vehicle for carrying out this method according to the preamble of the independent claims have the advantage that the measurement of the motor force of the actuators of the Seat adjustment system can be used to determine the mass distribution of the occupant on the seat. For this purpose, the motor current or the motor speed, for example, can be recorded as a motor variable in order to estimate the corresponding mass of the occupant from the acceleration of the seat components using a force balance model for the occupied seat. Such a mass estimate can be implemented purely electronically in an existing control unit without the need for additional sensors.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung möglich. Zur Abschätzung der Gesamtmasse des Insassen kann in einfacher Weise der ganze Sitz in der Höhe verstellt werden, wobei die Masse bevorzugt gleichmäßig auf der Sitzfläche verteilt angenommen wird. Dabei kann das Massenschätzverfahren insbesondere in eine Einstiegshilfefunktion integriert sein, bei der sich das Fahrzeug noch im Stillstand befindet. Dabei brauchen keine fahrdynamischen Kräfte für die Massenschätzung berücksichtigt werden, was das Kräfte-Modell und den Rechenaufwand vereinfacht.The measures listed in the dependent claims make advantageous developments and refinements of the invention possible. To estimate the total mass of the occupant, the height of the entire seat can be adjusted in a simple manner, with the mass preferably being assumed to be evenly distributed over the seat surface. The mass estimation method can in particular be integrated into an entry assistance function in which the vehicle is still at a standstill. No driving dynamic forces need to be taken into account for the mass estimation, which simplifies the force model and the computational effort.
Zur Ermittlung der Verstellkraft, die der Elektromotor aufbringt, kann als Motorgröße ein Motorstrom oder eine Motordrehzahl genutzt werden, die insbesondere bereits für die Positionserfassung und/oder eine Einklemmschutzfunktion des Sitzverstell-Systems erfasst wird. Aus der zeitlichen Änderung der Verstellkraft kann die Beschleunigung der jeweiligen Sitzkomponenten ermittelt werden, womit aus dem Kräfte-Modell die Massenverteilung abgeschätzt werden kann.To determine the adjustment force that the electric motor applies, a motor current or a motor speed can be used as a motor variable, which is already recorded in particular for position detection and/or an anti-pinch function of the seat adjustment system. The acceleration of the respective seat components can be determined from the change in the adjustment force over time, which means that the mass distribution can be estimated from the force model.
Besonders vorteilhaft kann die Motorgröße während der Ansteuerung des Elektromotors bei einer normalen Sitzverstellung aufgenommen werden, um daraus eine ständig aktualisierte Massenabschätzung des Insassen zu gewinnen. Dies kann bei der ersten Sitzverstellung bei Fahrtbeginn oder bei jeder normalen Komfort-Verstellung vorgenommen werden. Alternativ wird zur Massenabschätzung mindestens eine Sitzkomponente vom Steuergerät selbständig kurzzeitig beschleunigt, um daraus die Motorgröße für das Kräfte-Modell zu bestimmen.The motor size can be recorded particularly advantageously during the activation of the electric motor during a normal seat adjustment in order to obtain a constantly updated mass estimate of the occupant. This can be done the first time you adjust the seat at the start of your journey or with any normal comfort adjustment. Alternatively, to estimate the mass, at least one seat component is briefly accelerated by the control unit in order to determine the motor size for the force model.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Ansteuerung des Elektromotors zur Massenabschätzung immer in einer definierten Position der betreffenden Sitzkomponente vorgenommen, in der die Wirkungsgradverluste des Sitzverstell-Systems bereits ermittelt wurden. Dies kann beispielsweise in einer vorgegebenen Einstiegsposition des Sitzes erfolgen.In a preferred embodiment, the electric motor for mass estimation is always activated in a defined position of the seat component in question, in which the efficiency losses of the seat adjustment system have already been determined. This can be done, for example, in a predetermined entry position of the seat.
Als Modell für die Abschätzung der Massenverteilung wird insbesondere das folgende Kräftegleichgewicht zugrunde gelegt:
- mIns = Masse des Insassen auf dem Sitz,
- mSitz = Masse des Sitzes,
- a(t) = zeitliche Beschleunigung des belegten Sitzes
- FMot (t) = zeitliche Verstellkraft des Elektromotors,
- G * cos (α) = Hangabtriebskraft einer schiefen Ebene der Fahrbahn mit dem Winkel α
- η(t) = Verlustkomponente, die dem Wirkungsgrad des Sitz-Verstellsystems entspricht.
- m Ins = mass of the occupant on the seat,
- m seat = mass of the seat,
- a(t) = temporal acceleration of the occupied seat
- F Mot (t) = temporal adjustment force of the electric motor,
- G * cos (α) = downhill force of an inclined plane of the road with the angle α
- η(t) = Loss component that corresponds to the efficiency of the seat adjustment system.
Dabei kann bei ebener Fahrbahn α = 0 sein. Diese Gleichung kann beispielsweise nur für die Höhenverstellung des Sitzes oder für verschiedene Sitzkomponenten angewendet werden.If the road is flat, α = 0. For example, this equation can only be used for seat height adjustment or for various seat components.
Zur Ermittlung von η(t) wird beispielsweise ein Kalibrierlauf des unbesetzten Sitzes durchgeführt, und dabei die Motorgrößen der Elektromotoren der betreffenden Verstell-Ebenen gemessen. Daraus können Faktoren wie Reibung, Steifigkeit oder Getriebespiel, die den Wirkungsgrad des Verstell-Systems bestimmen, im Kräfte-Modell berücksichtigt werden.To determine η(t), for example, a calibration run of the unoccupied seat is carried out and the motor sizes of the electric motors of the relevant adjustment levels are measured. From this, factors such as friction, stiffness or gear backlash, which determine the efficiency of the adjustment system, can be taken into account in the force model.
Um die undefinierten Verhältnisse beim Überwinden der Haftreibung auszuklammern, werden die Motorgrößen zur Massenabschätzung bevorzugt erst erfasst, sobald sich die Sitz-Komponenten mit Gleitreibung bewegen. Entsprechend wird insbesondere auch der Kalibrierlauf erst aufgenommen, sobald sich die Komponenten unter Gleitreibung fortbewegen. Dadurch kann die Genauigkeit der Massenabschätzung erhöht werden.In order to exclude the undefined conditions when overcoming static friction, the motor variables for mass estimation are preferably only recorded as soon as the seat components move with sliding friction. Accordingly, the calibration run is only started as soon as the components move under sliding friction. This can increase the accuracy of the mass estimation.
Zusätzlich zu dem oben genannten Kräfte-Gleichgewicht können bei einer Messung der Motorgrößen während der Fahrt auch die fahrdynamischen Kräfte FDyn des Fahrzeugs berücksichtigt werden, die beispielsweise durch Längs- und Querbeschleunigungen des Fahrzeugs auf den Sitz einwirken. Diese fahrdynamischen Kräfte werden besonders günstig mit bereits im Fahrzeug vorhandenen Sensoren, insbesondere mittels einer Sensorik eines Schleuderschutz- oder Precrash-Systems mittels Drehratensensoren des Fahrzeugs erfasst.In addition to the above-mentioned balance of forces, when measuring the engine sizes while driving, the driving dynamics forces F Dyn of the vehicle can also be taken into account, which act on the seat, for example due to longitudinal and lateral accelerations of the vehicle. These driving dynamic forces are detected particularly conveniently with sensors already present in the vehicle, in particular by means of a sensor system of a skid protection or pre-crash system using yaw rate sensors of the vehicle.
Besonders günstig ist es, für das Kräfte-Modell eine Massenverteilung der Masse des Insassen mittels mehrerer - insbesondere genau drei - Teilmassen anzunehmen. In diesem Kräfte-Modell kann beispielsweise eine erste Masse m1 zwischen der Sitzfläche und der Rückenlehne angeordnet werden. Eine zweite Masse m2 kann über einen ersten beweglichen Hebel mit der ersten Masse m1 verbunden sein, der sich entlang der Sitzfläche erstreckt. Eine dritte Masse m3 kann über einen zweiten Hebel mit der ersten Masse m1 verbunden sein, der sich entlang der Rückenlehne erstreckt. Dadurch kann die Belastung der einzelnen Sitz-Komponenten abgeschätzt werden, und dadurch die passende Verstell-Geschwindigkeit bzw. die passende Energieversorgung der korrespondierenden Elektromotoren für die Schnell-Verstellung vorgegeben werden.It is particularly advantageous to assume a mass distribution of the occupant's mass using several - in particular exactly three - partial masses for the force model. In this force model, for example, a first mass m 1 can be arranged between the seat and the backrest. A second mass m 2 may be connected to the first mass m 1 via a first movable lever which extends along the seat surface. A third mass m 3 may be connected to the first mass m 1 via a second lever which extends along the backrest. This allows the load on the individual seat components to be estimated and the appropriate adjustment speed or the appropriate energy supply to the corresponding electric motors for the quick adjustment to be specified.
Zur Abschätzung der verschiedenen Teilmassen werden die verschiedenen Verstell-Ebenen des Sitzes nacheinander oder gleichzeitig angesteuert, um die entsprechenden Motorgrößen für die Massenabschätzung zu messen. Aus der Kenntnis der Massenverteilung auf die Sitzkomponenten kann eine optimale Bewegungstrajektorie für das Zusammenspiel der einzelnen Verstell-Ebenen bei der Schnell-Verstellung zur ermittelt werden.To estimate the different partial masses, the different adjustment levels of the seat are controlled one after the other or simultaneously in order to measure the corresponding motor variables for the mass estimation. From the knowledge of the mass distribution on the seat components, an optimal movement trajectory for the interaction of the individual adjustment levels during quick adjustment can be determined.
Zur Lösung des Gleichungssystems des Kräftegleichgewichts wird die zeitliche Verstellkraft FMot (t) des Elektromotors aus der Motorgröße, die Verlustkomponente η(t) aus dem Kalibrierlauf und a(t) aus der Drehzahl und/oder einem dynamischen Modell der Sitz-Verstellung ermittelt. Somit kann als einzige Unbekannte des Gleichungssystems des Kräfte-Modells die Masse des Insassen auf dem Sitz mIns mittels eines rekursiven Schätzalgorithmus berechnet werden.To solve the system of equations for the balance of forces, the temporal adjustment force F Mot (t) of the electric motor is determined from the motor size, the loss component η(t) from the calibration run and a(t) from the speed and/or a dynamic model of the seat adjustment. Thus, the mass of the occupant on the seat m Ins can be calculated as the only unknown in the equation system of the force model using a recursive estimation algorithm.
Die Ergebnisse der Massenabschätzung können in einer Precrash-Funktion dafür genutzt werden, wobei die Insassen mittels einer optimalen Trajektorie der Verstell-Ebenen in eine ideale Sicherheitsposition für die Funktion der Rückhaltesysteme, wie Airbags oder Gurtstraffer, bewegt werden kann. Der Fahrerkann damit auch in eine aufrechte Haltung gebracht werden, um beim autonomen Fahren wieder selbst die Fahrzeugkontrolle zu übernehmen. Dabei kann durch die genaue Kenntnis der Massenverteilung eine unnötig schnelle Verstellung der einzelnen Sitzkomponenten vermieden werden, um die Insassen vor zu großen Beschleunigungsbelastungen zu schonen. Dabei kann die maximal verbleibende Verstellzeit bis zu einem möglichen Crash-Ereignis möglichst vollständig ausgenutzt werden.The results of the mass estimation can be used in a pre-crash function, whereby the occupants can be moved into an ideal safety position for the function of the restraint systems, such as airbags or belt tensioners, using an optimal trajectory of the adjustment levels. The driver can also be brought into an upright position so that he can take control of the vehicle again during autonomous driving. Precise knowledge of the mass distribution means that unnecessarily rapid adjustment of the individual seat components can be avoided in order to protect the occupants from excessive acceleration loads. The maximum remaining adjustment time up to a possible crash event can be utilized as completely as possible.
Die maximal verbleibende Verstellzeit bis zum prognostizierten Crash kann mittels einer vorhandenen Precrash-Sensorik ermittelt werden. Für diese maximale Verstellzeit kann die optimale Trajektorie auf Grundlage des Kräfte-Modells ermittelt werden, insbesondere unter Berücksichtigung der sich ändernden Massenverteilung des Insassen und der aktualisierten Kräfte, die auf das Fahrzeug einwirken. Dabei kann insbesondere auch während des Schnell-Verstellvorgangs die Abschätzung der Massenverteilung kontinuierlich oder zyklisch angepasst werden, um gegebenenfalls den Verlauf der optimalen Trajektorie und/oder die maximal verbleibende Verstellzeit zu korrigieren. Durch die dynamische Anpassung des Kräftemodells können aktuelle Änderungen der Fahrsituation und der Insasseneigenschaften quasi in Echtzeit berücksichtigt werden, um die optimale Trajektorie noch umzuplanen. Zur Abschätzung der Massenverteilung des Insassen kann das dynamische Mehrkörpermodell bevorzugt in der Lagrange-Formulierung gelöst werden, wobei entsprechend dem Kräftegleichgewicht die Trägheitsmatrix, die Coriolis- und Zentrifugalkräftematrix und die Matrix der Gravitationskraft, der Reibungskraft und der extern einwirkenden Kräfte berücksichtigt werden. Dabei kann die eigentliche Masseverteilung auch mittels anderer Sensoren, wie optische Sensoren oder Drucksensoren oder Sitzbelegungssensoren gewonnen werden.The maximum remaining adjustment time until the predicted crash can be determined using existing pre-crash sensors. For this maximum adjustment time, the optimal trajectory can be determined based on the force model, in particular taking into account the changing mass distribution of the occupant and the updated forces acting on the vehicle. In particular, the estimate of the mass distribution can be adjusted continuously or cyclically during the quick adjustment process in order to correct the course of the optimal trajectory and/or the maximum remaining adjustment time if necessary. By dynamically adapting the force model, current changes in the driving situation and occupant characteristics can be taken into account virtually in real time in order to replan the optimal trajectory. To To estimate the mass distribution of the occupant, the dynamic multi-body model can preferably be solved in the Lagrangian formulation, whereby the inertia matrix, the Coriolis and centrifugal force matrix and the matrix of the gravitational force, the frictional force and the externally acting forces are taken into account according to the balance of forces. The actual mass distribution can also be obtained using other sensors, such as optical sensors or pressure sensors or seat occupancy sensors.
Das Verfahren zur Massenschätzung von Insassen auf Sitzen kann jedoch auch ohne zusätzlichen Hardware-Aufwand in einem elektromotorisch verstellbaren Sitzverstell-System eines Kraftfahrzeugs durchgeführt werden, wobei mindestens eine Steuereinheit mindestens eine Sitzkomponente des Fahrzeugsitzes entlang einer Verstell-Ebene verstellt. In der Steuereinheit ist ein Mikrocontroller angeordnet, in dem der Schätzalgorithmus für die Massenabschätzung implementiert ist, der die Massenverteilung unter Berücksichtigung des Modells des Kräftegleichgewichts aus den Motorgrößen ermittelt.However, the method for estimating the mass of occupants on seats can also be carried out without additional hardware effort in an electric motor-adjustable seat adjustment system of a motor vehicle, with at least one control unit adjusting at least one seat component of the vehicle seat along an adjustment plane. A microcontroller is arranged in the control unit, in which the estimation algorithm for mass estimation is implemented, which determines the mass distribution from the engine variables taking into account the model of the force balance.
Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein autonom fahrendes Kraftfahrzeug sein, das mit verstellbaren Sitzkomponenten für den Fahrzeugsitz ausgestattet ist. Dabei kann ein Insasse beispielsweise aus einer Liegeposition während dem autonomen Fahren sehr schnell in eine „Selbstfahrer“-Sitzposition gebracht werden, ohne die Insassen unnötig hohen Beschleunigungen auszusetzten. Im Fahrzeug sind bevorzugt auch Sensoren zur Erfassung von Längs- und Querbeschleunigungen angeordnet, deren Signale dem Kräfte-Modell für das Verfahren zur Massenschätzung von Insassen auf den Sitzen zugeführt werden. Solche Sensoren sind bevorzugt Bestandteil einer bereits vorhandenen Precrash-Sensorik.The motor vehicle can in particular be an autonomously driving motor vehicle that is equipped with adjustable seat components for the vehicle seat. For example, an occupant can be moved very quickly from a lying position during autonomous driving to a “self-driving” sitting position without exposing the occupants to unnecessarily high accelerations. Sensors for detecting longitudinal and lateral accelerations are preferably also arranged in the vehicle, the signals of which are fed to the force model for the method for estimating the mass of occupants on the seats. Such sensors are preferably part of an existing pre-crash sensor system.
Wird als Aktor für die Verstellung der Sitzkomponenten eine elektromotorische Antriebseinheit verwendet, kann in diese bereits eine Steuereinheit integriert sein, die die entsprechenden Steuerbefehle von der Kontrolleinheit empfängt. Andererseits können auch mehrere elektromotorische Antriebseinheiten eines Sitzes oder mehrerer Sitze durch ein zentrales Steuergerät angesteuert werden, wodurch die Anzahl der Elektronikkomponenten in den Antriebseinheiten reduziert werden kann. Ein solches zentrale Steuergerät kann vorteilhaft auch Signale einer Precrash-Sensorik empfangen, wodurch die Sitze bei einem bevorstehenden Unfall schnell in eine optimale Position für sicherheitsrelevante Rückhaltemittel gebracht werden können. Im Fahrzeug kann insbesondere zusätzlich eine Innenraumüberwachung angeordnet sein, die auch die Belegung der einzelnen Sitzflächen überwachen kann. Beispielsweise wird für eine solche Sitzbelegungs-Sensorik eine Innenraumkamera oder eine sensitive Sitzbelegungsmatte verwendet. Ebenso können auch Drucksensoren oder Gewichtssensoren alternativ oder zusätzlich zur Erkennung der Sitzbelegung verwendet werden. Mittels diesen Sensoren kann insbesondere alternativ auch die Massenverteilung der Insassen auf dem Sitz bestimmt werden.If an electric motor drive unit is used as the actuator for adjusting the seat components, a control unit can already be integrated into it, which receives the corresponding control commands from the control unit. On the other hand, several electromotive drive units of a seat or several seats can also be controlled by a central control device, whereby the number of electronic components in the drive units can be reduced. Such a central control device can also advantageously receive signals from a pre-crash sensor system, whereby the seats can be quickly brought into an optimal position for safety-relevant restraints in the event of an impending accident. In particular, an interior monitoring system can also be arranged in the vehicle, which can also monitor the occupancy of the individual seats. For example, an interior camera or a sensitive seat occupancy mat is used for such a seat occupancy sensor system. Pressure sensors or weight sensors can also be used alternatively or additionally to detect seat occupancy. Alternatively, these sensors can also be used to determine the mass distribution of the occupants on the seat.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.The invention is explained in more detail below using examples, but is not limited to this.
Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kräftegleichgewicht-Modells zur Massenabschätzung von Insassen auf KFZ- Sitzen.
-
1 a schematic representation of the force balance model according to the invention for estimating the mass of occupants on vehicle seats.
In
- mIns = Gesamtmasse des Insassen auf dem Sitz,
- mSitz = Masse des Sitzes,
- a(t) = zeitliche Beschleunigung des belegten Sitzes,
- FMot (t) = zeitliche Verstellkraft des Elektromotors,
- G * cos (α) = Hangabtriebskraft einer schiefen Ebene der Fahrbahn mit dem Neigungswinkel α
- η(t) = Verlustkomponente, die vom Wirkungsgrad des Sitz-Verstellsystems abhängt,
- FDyn = fahrdynamische, auf das Fahrzeug und/oder den Sitz einwirkende Kräfte.
- m Ins = total mass of the occupant on the seat,
- m seat = mass of the seat,
- a(t) = temporal acceleration of the occupied seat,
- F Mot (t) = temporal adjustment force of the electric motor,
- G * cos (α) = downhill force of an inclined plane of the road with the angle of inclination α
- η(t) = loss component that depends on the efficiency of the seat adjustment system,
- F Dyn = driving dynamics forces acting on the vehicle and/or the seat.
Bei diesem Modell wird also ausgehend vom Koordinatensystem 70 des Sitzes 12 auch das Koordinatensystem 90 für die Gewichtskraft G und das Koordinatensystem 80 für die fahrdynamischen Kräfte 81 berücksichtigt. Dieses Gleichungssystem kann nach mIns aufgelöst werden, da alle anderen Größen bestimmt werden können. mSit kann als bekannt vorausgesetzt werden. Der zeitliche Verlauf der FMot (t) kann über eine Motorgröße, wie beispielsweise der Motorstrom oder die Motordrehzahl ermittelt werden. Die Beschleunigung a(t) lässt sich aus der Positionserfassung der Verstelle-Ebenen 20, insbesondere über die Motordrehzahl, oder mittels zusätzlicher Beschleunigungssensoren ermitteln, und α können durch entsprechende Sensoren und/oder Navigations-Daten erfasst werden. Der Wirkungsgrad η(t) des Sitzverstell-Systems 10 kann über einen Kalibrierlauf des unbesetzten Sitzes 12 ermittelt werden. Lassen sich beispielsweise mittels einer Sensorik des Schleuderschutz- oder des Precrash-Systems erfassen. Das Gleichungssystem (I) kann für die verschiedenen Messzeitpunkte t beispielsweise mit einem rekursiven Algorithmus gelöst, der im Mikrocontroller 38 realisiert werden kann, vorzugsweise als Least-Squares-Schätzerform und/oder als Kalman-Filter-Ausführung. Zur Berechnung der Gesamtmasse mIns kann das Modell dahingehend vereinfacht werden, dass bei Stillstand des Fahrzeugs die fahrdynamischen Kräfte vernachlässigt werden können. Wird der Insasse als etwa mittig auf der Sitzfläche 14 zentriert angenommen, kann mit der Betätigung der Sitzhöhenverstellung 22 insbesondere mittels der Motorgrößen nur eines einzigen Elektromotors 32 die Gesamtmasse mIns ermittelt abgeschätzt werden, wobei eventuell auch der Neigungswinkel α der Fahrbahn vernachlässigt werden kann.In this model, starting from the coordinate
Um eine differenziertere Massenverteilung des Insassen abzuschätzen, werden unterschiedliche Verstellebenen 20 mittels der dazugehörigen Elektromotoren 32 angesteuert. Die Gesamtmasse mIns kann beispielsweise als 3-Massen-Modell angenommen werden, bei der eine erste Masse m1 auf der Sitzfläche 14 im Übergangsbereich zur Rückenlehne 16 angeordnet ist. Eine zweite Masse m2 ist über einen ersten gelenkigen Hebel 41 mit m1 verbunden, der sich entlang der Sitzfläche 14 erstreckt. Eine dritte Masse m3 ist über einen zweiten gelenkigen Hebel 42 mit m1 verbunden, der sich entlang der Rückenlehne 16 erstreckt. Zur Abschätzung der m2 wird beispielsweise der Elektromotor 32 der Sitzflächenneigung 24 angesteuert. Zur Abschätzung der m3 wird beispielsweise der Elektromotor 32 der Lehnenneigung 26 angesteuert. Dabei können die verschiedenen Verstellebenen 20 entweder zeitlich nacheinander oder zeitgleich angesteuert werden und der zeitliche Verlauf der entsprechenden Motorgrößen gemessen werden. Dabei kann insbesondere mit der Auswertung der Messwerte auch gewartet werden, bis die Haftreibung der Verstellebenen überwunden ist, um das Schätzverfahren auf den stationären Zustand der Gleitreibung zu beschränken. Die Motorkraft FMot (t) kann entsprechend der bekannten Verfahren für die Schließkraftbegrenzung bei Komfortantrieben über eine Drehzahländerung der Elektromotoren 32 oder direkt über eine Motorstrom-Messung erfasst werden.In order to estimate a more differentiated mass distribution of the occupant, different adjustment levels 20 are controlled by means of the associated
Mittels der abgeschätzten Massenverteilung des Insassen auf dem Sitz 12 kann eine Insassenklassifizierung vorgenommen werden, mit der eine Schnellverstellung der Sitzkomponenten 13 im Falle eines bevorstehenden Crashs oder einer Sicherheitssituation zur Übernahme des Lenkrads beim autonomen Fahren optimiert werden kann. Dabei kann insbesondere die ermittelte, zur Verfügung stehende maximale Verstellzeit derart ausgenutzt werden, dass der Insasse nicht einer unnötig starken Beschleunigung ausgesetzt wird. Andererseits muss gewährleistet werden, dass der Insasse rechtzeitig vor dem sicherheitskritischen Ereignis in eine optimale Sitzposition bewegt wird, in der die Rückhaltesysteme optimal funktionieren, oder der Fahrer wieder fahrbereit ist. Dabei kann bevorzugt die Verstellbewegung der verschiedenen Verstellebenen 20 zu optimalen Verstell-Trajektorien optimiert werden, wobei auch der dazu notwendige Energiebedarf der Elektromotoren für die Schnellverstellung optimal gesteuert werden kann. Die geschätzte Massenverteilung kann mittels dem dynamischen Kräftemodell kontinuierlich bzw. zyklisch aktualisiert werden. Für die Optimierung der Trajektorien können diese innerhalb der zur Verfügung stehenden Verstellzeit situativ berechnet werden, oder aus einer zuvor abgespeicherten Vorauswahl entsprechend ausgewählt werden. Zur Berechnung der optimalen Trajektorie kann auch das Kräftemodell genutzt werden, das zur Abschätzung der Massenverteilung der Insassen verwendet wird. Die abgeschätzte Massenverteilung kann auch für ein alternatives Verstellszenario verwendet werden, bei dem die zur Verfügung stehende Zeit nicht mehr ausreicht, um den Insassen in die optimale Zielposition für einen Crash oder eine Lenkradübernahme zu bewegen.Using the estimated mass distribution of the occupant on the
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der Elektromotor 32 als EC- oder als DC-Motor ausgebildet sein, und mit unterschiedlichen Getriebebauformen 33 kombiniert werden. Vorzugswiese kann als Getriebeantriebseinheit ein Elektromotor 32 in Kombination mit einem Spindelgetriebe, einem Planetengetriebe oder einem Stirnradgetriebe verwendet werden. Die Sensorik 34 zur Erfassung der fahrdynamischen Kräfte, des Neigungswinkels der Fahrbahn oder des bevorstehenden Crash-Zeitpunkts kann durch separate Bauteile ausgebildet sein, oder auch in bestehende Precrash- oder Schleuderschutz-Systeme des Fahrzeugs 11 integriert sein. Zur Ermittlung der Beschleunigung der zu verstellenden Sitzkomponenten 13 und/oder der Motorkraft der Elektromotoren 32 kann die bestehende Positionserfassung und/oder die Einklemmschutzfunktion des Sitzverstell-Systems 10 genutzt werden. Die Steuereinheit 36 kann integraler Bestandteil der elektrischen Antriebseinheit 32 sein, oder als zentrales Steuergerät 36 für mehrere elektrische Antriebseinheiten 32 ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Massenschätz-Verfahren kann für mehrere Sitze 12, insbesondere in einem autonom fahrenden Fahrzeug 11, verwendet werden. Die ermittelte Massenverteilung kann auch für die Ansteuerung anderer Rückhaltesysteme wir Gurtstraffer oder Airbags verwendet werden.It should be noted that with regard to the exemplary embodiments shown in the figures and in the description, a variety of possible combinations of the individual features with one another are possible. For example, the
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2012013224 A1 [0002]WO 2012013224 A1 [0002]
- DE 10201220864 B4 [0003]DE 10201220864 B4 [0003]
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