DE10234624A1

DE10234624A1 - Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor

Info

Publication number: DE10234624A1
Application number: DE10234624A
Authority: DE
Inventors: Martin Spies; Johann Spies
Original assignee: Spies Martin Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Spies Martin Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: DE10234624B4

Abstract

Passives Sicherheitssystem, bei dem durch vorausschauende Sensoren eine Prognose von crashrelevanten Signalen wie Körperschall oder Beschleunigung ermittelt wird. DOLLAR A Entspricht mindestens eines der im Fahrzeug beim Beginn des Aufpralls gemessenen Signale mit der Prognose überein, erfolgt eine Auslösung der Schutzmaßnahmen.

Description

Stand der Technik
Für die Verbesserung von passiven Sicherheitssystemen in Kraftfahrzeugen werden derzeit sogenannte Precrash Sensoren entwickelt, die unmittelbar vor dem Aufprall mindestens eine bevorstehenden Aufprall erkennen um den Nachteil der unpräzisen Aufprallgeschwindigkeitsabschätzung die, die rein beschleunigungsbasierten Airbagsysteme haben zu vermeiden. Damit werden insbesondere die unteren Geschwindigkeitsbereiche definiert bei denen keine der Rückhaltemaßnahmen ausgelöst werden soll. Die Auslösestrategie der beschleunigungsbasierten Systeme wird nicht oder nur geringfügig beeinflußt.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 6 beschrieben. Als Beispiel wird zunächst die Ausführung der Erfindung für einen Frontaufprall beschrieben. Entsprechend 1 ist im Fahrzeug 101 das Zentralsteuergerät 102 untergebracht, das die Frontairbags 103 und 104, sowie die Gurtstrammer 105 und 106, sowie den Fußgängerschutz 107 ansteuert. Diese Systeme 103, 104, 105, 106 und 107 werden in folgendem als Schutzmaßnahmen definiert. Der Precrash-Sensor 108 ist z. B. im Stoßfängerbereich, oder direkt an die Frontscheibe formschlüssig angebracht. Das Anbringen des Precrash-Sensors 108 an die Frontscheibe hat mehrere Vorteile: der Sensor ist witterungsgeschützt im Innenraum, zur Überdeckung der Frontkonturen des Fahrzeuges wird nur im horizontalen Winkel von ca. 50° bis 60° benötigt, die Übertragung des Körperschalls und der Aufprallverzögerung ist schnell und ohne große Nebengeräusche. Das Zentralsteuergerät 102 enthält einen Sensorblock 109, der normalerweise die Verzögerung beim Aufprall aufnimmt und diese über einen Auslösealgorithmus zu einem Geschwindigkeitsverlust umrechnet und nach dessen Bewertung eine Auslösung der Schutzmaßnahmen bewirkt. Entsprechend 2 überwacht der Precrash-Sensor 203 durch aktive und/oder passive elektromagnetische Verfahren wie Lidar, Radar, Bildexplosion oder Stereobildverarbeitung einen horizontalen Bereich 201, der in verschiedene Sektoren 202 unterteilt ist. Im Precrash-Sensor 203 erfolgt die Signalakquisition und Signalauswertung, außerdem werden die Daten wie Annäherungsgeschwindigkeit 204, die Objektausdehnung 205, der voraussichtliche Aufprallwinkel 206 und der voraussichtliche Aufprallbereich 207 am Fahrzeug ermittelt. Entsprechend 3 wird der Sensorblock 109 in 1 erfindungsgemäß so umgestaltet, daß er entsprechend 301 ausgeführt ist. Dabei wird die obere Frequenzgrenze des Aufnehmers 302 soweit angehoben, daß auch der durch den Aufprall entstehender Körperschall gemessen werden kann. Passiert die Kombination aus Körperschall und Beschleunigung das Tiefpassfilter 303, so kann die gemessene Beschleunigung (Verzögerung) übertragen werden. Wird die Beschleunigung im Block 304 integriert erhält man den aufgetretenen Geschwindigkeitsverust. Wird die Beschleunigung in Block 305 nach einem Beschleunigungsschwellwert von z. B. 10–40m/s² auf integriert so erhält man eine kritische Geschwindigkeit, die ihrerseits nach Überschreitung von z. B. 2–3m/s zur Auslösung von Schutzmaßnahmen verwendet werden kann wenn keine anderen Kriterien vorliegen. Der Precrash-Sensor 310 ermittelt aus den Annäherungsdaten 2 (204, 205, 206, 207) zu einem Hindernis ein oder mehrere Prognosefenster 311 wann durch den Aufprall, das Signal und in welcher Form es für die Kriterien wie Körperschall 311a, Beschleunigung 311b und Geschwindigkeit 311c zu erwarten ist. Diese errechneten Vorhersagen für die jeweiligen Signale werden in einem Korrelator mit den realen Signalen aus dem Sensorblock 301 verglichen. Ist der Vergleich positiv, wird unmittelbar nach dem Auftreten der ersten Signale dieses Ereignis zur Auslösung der Schutzmaßnahmen über die entsprechenden Endstufen und Aktuatoren verwendet. Dabei müssen nicht immer die Signale selbst mit der Prognose zusammen stimmen, es genügt auch wenn mindestens eines der Signale mit der Prognose in Bezug auf den Zeitpunkt ihres ersten Auftretens übereinstimmen und die Amplitude des Signals einen bestimmten definierten Pegel überschreitet. In Weiterführung der Erfindung erzeugt ähnlich wie in 3 entsprechend 3a der Precrash-Sensor 310 Prognosefenster 315, die z. B. für den Körperschall 315a, für die Beschleunigung 315b und den Geschwindigkeitsverlust 315c wie gezeichnet lediglich innerhalb einer Zeitspanne 316 auftreten müssen und einen vorgegebenen Pegel 317 je nach Polarität überschreiten oder unterschreiten müssen. Diese Überschreitung innerhalb der Zeitspanne eines der Pegel in den Fenstern wird im Korrelator 314 mit mindestens einem zugehörigen Signal aus dem Sensorblock 301 verglichen und bei Übereinstimmung die Entscheidung zur Auslösung getroffen und die Endstufen der Schutzmaßnahmen 313 angesteuert. Je nach Lage des Sensorblocks 301 im Fahrzeug und je nach Fahrzeugkonstruktion und/oder Aufprallsituation kann auch in Precrash-Sensor 310 das jeweilige Prognosefenster wie bisher beschrieben zusätzlich auch in seiner zeitlichen Lage definiert werden wie in 3a die Zeitabstände von Startzeitpunkt 318, 319 und 320 symbolisieren. Steht so ein Prognosefenster 315 über den Precrash-Sensor 310 durch Umwelteinflüsse oder Fehler nicht zur Verfügung, wird über eine Bewertung des Signals aus dem Block 305 eine Auslösung der Schutzmaßnahmen wie bisher durch Integration der Beschleunigung nach einem Schwellwert erfolgen. Durch die Nutzung der Erfindung kann beim Frontaufprall entsprechend 4 bei einem 50km/h Crash eine Auslösezeit von 5–8 ms gegenüber 25–30 ms erreicht werden. 4 zeigt auf der x-Achse 401 die Zeit von 0–50 ms nach Berührung während auf der y-Achse 402 der Geschwindigkeitsverlust von 0–60 km/h dargestellt ist. Die Hüllkurve 403 zeigt einen typischen Geschwindigkeitsverlust wie er beim Anbringen des Sensorblocks am Kardantunnel bei einem 50 km/h Crash auftritt. Die Hüllkurve 403a zeigt einen typischen Geschwindigkeitsverlust wie er beim Anbringen des Sensorblocks an der Frontscheibe bei einem 50 km/h Crash auftritt. Herkömmliche Airbag-Systeme lösen erst bei 25–30 ms 405 aus, während das erfindungsgemäße System bereits bei 5–8 ms 404 auslöst und durch die Korrelation der Prognosewerte mit den tatsächlichen Werten die gleiche Sicherheit in der Auslöse- und Nichtauslösefunktion aufweist wie herkömmliche Systeme. Betrachtet man die Verhältnisse in Bezug auf den Geschwindigkeitsverlust beim Seitencrash, so kann mit dem erfindungsgemäßen System dabei bei der Auslösung von Schutzmaßnahmen wertvolle Zeit gespart werden. Dies ist in 5 dargestellt. Die x-Achse 501 stellt die Zeit nach Berührung von 0–50ms dar, die y-Achse 502 den Geschwindigkeitsverlust von 0–60 km/h. Die Hüllkurve 503 stellt den Geschwindigkeitsverlust gemessen am Kardantunnel, die Hüllkurve 504 stellt den Geschwindigkeitsverlust gemessen an der B-Säule dar. Herkömmliche Sensoren würden mit dem Sensor im Tunnelbereich bei 25–30ms 505, mit dem Sensor in der B-Säule bei 15–18ms 506 auslösen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Auslösung mit dem Sensor im Tunnelbereich bei ca. 6–8ms 507 zu erwarten, während mit dem Sensor in der B-Säule eine Auslösezeit von 3–5ms 508 zu erwarten ist. Zur Erhöhung der Funktionalität kann erfindungsgemäß nicht nur die Form und der Zeitzusammenhang zwischen der Prognose durch Precrash-Sensor und den realen Daten verglichen werden, sondern auch die zeitliche Abfolge der verschiedenen Signale oder die zeitliche Abfolge der an den verschiedenen Anbringungsorten gemessenen Signale.
Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in 6 dargestellt. Der Precrash-Sensor Front 601 enthält die Optik 602 für den Empfänger 603 und die Optik 604 für den Mehrkanalsender 605. Dieses Mehrkanalsensorsystem ermittelt über die Signalakquisition und Zeitsteuerung 606 die Entfernungen in den gemäß 2 dargestellten einzelnen Winkelsektoren. Der Mikroprozessor 607 errechnet daraus die Annäherung und z. B. Prognosefenster entsprechend 3, 311 und 3a, 315 für den Aufprall. Im Precrash-Sensor 601 selbst ist ein eigener Sensorblock 608 eingebaut der in zwei Achsen den Körperschall und die Beschleunigung ermittelt und die Daten über die Signalaufbereitung 609 dem Mikroprozessor 607 zur Verfügung stellt. Der Precrash-Sensor 601 enthält außerdem seine eigene Stromversorgung und die Schnittstellen 610z. B. CAN und/oder einen optischen Bus 612. Der Sensor wird mit der Bordspannung 613 versorgt.
Durch die Erzeugung der Prognosedaten für Körperschall und Beschleunigung im Sensor selbst und durch den Vergleich der realen Daten aus dem Sensorblock 608 im Mikroprozessor 607 kann über eine der Schnittstellen 612 oder 611 bereits eine Vorentscheidung an die Endstufen für Gurtstrammer für Front und Seitenairbags direkt weitergegeben werden oder an die Zentraleinheit 615 die ihre eigene Beschleunigungsmessung über den Beschleunigungssensorblock 616 durchführt und über einen Algorithmus leitet, der zusammen mit der Algorithmusanpassung der Auswertung und dem Selbsttest im Mikroprozessor 617 abgelegt ist. Diese Zentraleinheit hat eine eigene Stromversorgung und Schnittstelle 618. Die Precrash-Sensoren für die Seiten Rechts 619 und Links 620 sind identisch aufgebaut wie der Precrash-Sensor Front 601 und erzeugen aber ihrer Funktion und Einbauanlage entsprechend angepasste Prognosefenster. Wird der Precrash-Sensor Seite z. B. in der B-Säule eingebaut, so wird das erste Körperschallsignal und Beschleunigungssignal sehr viel früher zu erwarten sein, als wenn dieser in der Querversteiffung unter dem Sitz eingebaut ist. Das System entsprechend 6 kann sehr viel mehr Schutz bieten als herkömmliche Systeme dadurch dass es nicht nur durch die Bildung der Prognosefenster schneller auswertet und reagiert sondern auch die Schutzmaßnahmen je nach Aufprallgeschwindigkeit, Auftreffbereich und Unfallschwere entsprechend ansteuern und auch einsetzen kann. Die Entscheidung über die Korrelation von Prognosefenstern und tatsächlichen Signalen aus dem Sensorblock 608 im Precrash-Sensor 601 wird über den optischen Bus 612 oder CAN 611 an die Zentraleinheit 615 weitergegeben. Bei sehr hohen zu erwartenden Auftreffgeschwindigkeiten kann der jeweilige Precrash-Sensor (601, 619, 620) über seine mehrkanalige Abstandsmessung und der Korrelation mit den Daten aus seinem eigenen Sensorblock 608 eine Auslösung einer Schutzmaßnahme über eine seiner Schnittstellen 611, 612 direkt bewirken.
Neben der Entscheidung durch die Precrash-Sensoren 601 oder 615 oder 620 eine Auslösung an das Zentralsystem 615 weitergegeben kann der jeweilige Precrash-Sensor durch die bekannten Positionen der Precrash-Sensoren und der Zentraleinheit 615 im Fahrzeug zusätzlich Prognosefenster 311 entsprechend 3 oder 315 entsprechend 3a an die Zentraleinheit 615 für die Signale aus dem Beschleunigungssensorblock 616 vergeben, die dort in Mikkoprozessor 617 korreliert werden und damit die Auslösung oder Nichtauslösung noch sicherer gestalten lassen.
Die Erfindung kann entsprechend 6 auch so ausgestaltet werden, dass die Selbstfunktion für das Gesamtsystem vom Mikroprozessor 617 in die jeweiligen Mikroprozessoren 607 der einzelnen Precrash-Sensoren 601, 610, 619 und 620 implementiert wird und die gesamte Zentraleinheit 615 damit entfällt und die Endstufen für die Gurtstrammer und Front- und Seitenairbags von den Precrash-Sensoren direkt angesteuert werden.

Claims

Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensoren, die nach einem der bekannten Prinzipien wie Lidar, Radar, Bildexplosion oder Stereobildverarbeitung arbeiten zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen beim Crash eines Fahrzeuges dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer dieser vorausschauenden Sensoren ein Prognosefenster für mindestens ein crashrelevantes Signal wie Körperschall und/oder Beschleunigung und/oder Geschwindigkeitsverlust ermittelt und mindestens eines der beim ersten Aufprall mit im Fahrzeug befindlichen geeigneten Sensoren gemessenen Signale über eine Korrelation mit den Daten im Prognosefenster verglichen werden und bei positiven Vergleich unmittelbar eine Auslösung erfolgt.
Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch den Precrash-Sensor lediglich das erste Auftreten eines Signals wie Körperschall, Beschleunigung oder Geschwindigkeitsverlust im Zeitbereich in einem Prognosefenster prognostiziert wird und bei erstem Auftreten in diesen Zeitbereich des betreffenden Signals eine Auslösung erfolgt.
Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Vergleich der einzelnen Signale mit den vom Precrash-Sensor erzeugten Prognosedaten auch die zeitliche Staffelung des Auftretens der Signale bewertet wird.
Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass neben der Entfernungsmessung in einem oder mehreren Kanälen der Precrash-Sensor selbst einen Sensorblock für die Messung des Körperschalls und der Beschleunigung enthält.
Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen nach Ansprüche 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Precrash-Sensor über die Korrelation seiner Prognosedaten mit den eigenen Daten am seinem Sensorblock bei hohen Auftreffgeschwindigkeiten bestimmte Schutzmaßnahmen direkt auslösen kann.
Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung einer Auslöseempfehlung im jeweiligen Precrash-Sensor erfolgt und diese an die Zentraleinheit geleitet wird und in dieser die Daten zusammen mit den vom Precrash-Sensor prognostizierten Signalen verglichen wird und damit das Gesamtsystem sicherer in der Beurteilung und Entscheidung über eine Auslösung der Schutzmaßnahmen wird.
Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen dadurch gekennzeichnet, dass durch die erfindungsgemäß ausgeführten Precrash-Sensoren die Auslösungen der Schutzmaßnahmen direkt durch die Precrash-Sensoren erfolgt.
Passives Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Precrash-Sensor zur Auslösung von passiven Schutzmaßnahmen dadurch gekennzeichnet, dass der erfindungsgemäße Precrash-Sensor für Frontaufprall direkt im Innenraum an die Frontscheibe formschlüssig angebracht ist.