DE10261859A1 - Activating or adjusting motor vehicle occupant/pedestrian protection systems during impact involves computing effective obstruction mass from spring energy, relative speed, known motor vehicle mass - Google Patents

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Abstract

The method involves determining the vehicle speed relative to the obstruction and the effective obstruction mass. The variation of a force acting on an elastic body with a known spring characteristic at the start of impact is determined. A deformation and a spring energy corresponding to vehicle and obstruction kinetic energy are derived. The effective obstruction mass is computed from spring energy, relative speed and known motor vehicle mass. The method involves determining the relative speed of the vehicle (2) relative to the obstruction (20) and the effective mass of the obstruction and taking this into account when activating or adjusting the protective systems. The variation of as force is determined that is acting on at least one elastic body with a known spring characteristic at the start of the impact. A deformation displacement and the spring energy corresponding to the kinetic energy of the vehicle and the obstruction are derived. The effective mass of the obstruction is computed from the spring energy, relative speed and the known mass of the motor vehicle. AN Independent claim is also included for the following: (a) an arrangement for activating or adjusting occupant or pedestrian protection systems in motor vehicles.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aktivierung oder Einstellung von Insassen- oder Fußgänger-Schutzsystemen von Kraftfahrzeugen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis. Spezieller betrifft die Erfindung ein solches Verfahren, bei dem die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug zum Hindernis sowie eine wirksame Masse des Hindernisses ermittelt und bei der Aktivierung oder Einstellung der Schutzsysteme berücksichtigt wird, sowie eine solche Vorrichtung, die Einrichtungen zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug zum Hindernis und einer wirksamen Masse des Hindernisses aufweist und die ermittelte Relativgeschwindigkeit und Masse bei der Aktivierung oder Einstellung der Schutzsysteme berücksichtigt.The invention relates to a method and a device for activating or adjusting occupant or pedestrian protection systems of motor vehicles in the event of an impact of the motor vehicle on Obstacle. More particularly, the invention relates to such a method in which the relative speed of the motor vehicle in relation to Obstacle as well as an effective mass of the obstacle and taken into account when activating or adjusting the protection systems is, as well as such a device, the devices for determination the relative speed of the motor vehicle in relation to the obstacle and has an effective mass of the obstacle and the determined Relative speed and mass when activated or adjusted protection systems.

Für den Fall eines Aufpralls eines Kraftfahrzeugs auf ein ortsfestes oder bewegliches Hindernis, zum Beispiel ein entgegenkommendes Fahrzeug oder einen Fußgänger, ist es von großem Vorteil, wenn es bereits vor dem Aufprall oder spätestens zu Beginn desselben gelingt, die voraussichtlich zu erwartende Unfallschwere abzuschätzen. In diesem Fall kann es dann von der Unfallschwere abhängig gemacht werden, ob vorhandene Schutzsysteme für die Fahrzeuginsassen oder Für anderen Verkehrsteilnehmer, insbesondere Fußgänger oder Fahrradfahrer, aktiviert werden sollen bzw. in welchem Umfang oder mit welcher Einstellung die Aktivierung erfolgen soll. Auf diese Weise können bei drohenden schweren Unfällen bereits frühzeitig alle möglichen Maßnahmen getroffen werden, wie zum Beispiel das Aufblasen von Airbags, die Neigungsverstellung von Rückenlehnen oder das Straften von Gurten, um die Fahrzeuginsassen weitestgehend zu schützen, während die Maßnahmen bei Kollisionen mit einem Fußgänger oder Fahrradfahrer zum Beispiel das Anheben der Motorhaube einschließen können bzw. bei leichten Unfällen zumindest eine Aktivierung derjenigen Schutzsysteme unterbleiben kann, die nach ihrer Aktivierung ausgetauscht werden müssen.For the case of an impact of a motor vehicle on a stationary or moving obstacle, for example an oncoming vehicle or a pedestrian it of great Advantage if it is before the impact or at the latest at the beginning of the same, the expected severity of the accident succeeds estimate. In this case it can be made dependent on the severity of the accident whether existing protection systems for vehicle occupants or For others Road users, especially pedestrians or cyclists, activated to what extent or with what attitude the activation should take place. This way you can deal with impending serious accidents early on all sorts activities such as inflating airbags Backrest tilt adjustment or the punishment of belts to the greatest extent possible for the vehicle occupants to protect, while the activities in the event of a collision with a pedestrian or Cyclists can include, for example, lifting the bonnet or in light accidents at least activation of those protection systems is omitted that need to be replaced after they are activated.

Zur Ermittlung der voraussichtlichen Unfallschwere bei einem Unfall sind bereits Pre- und Early-Crash-Sensoriken bekannt, bei denen aus der Masse des Kraftfahrzeugs und aus seiner Eigengeschwindigkeit oder seiner Relativgeschwindigkeit in Bezug zum Hindernis auf die voraussichtlich zu erwartende Aufprallenergie geschlossen wird und dementsprechende Maßnahmen getroffen werden. Mit dieser Vorgehensweise kann jedoch nicht festgestellt werden, ob es sich bei dem Hindernis um ein unnachgiebiges Hindernis, wie beispielsweise einen Laternenmast oder Baumstamm, handelt, der selbst bei einer mäßigen Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs zu schweren Verletzungen der Fahrzeuginsassen führen kann, oder zum Beispiel um einen Fußgänger, bei dessen Aufprall für die Fahrzeuginsassen mit oder ohne Aktivierung von Schutzsystemen nur ein geringes Gefährdungspotential besteht, während dasjenige des Fußgängers durch eine Aktivierung von vorhandenen Fußgängerschutzsystemen stark verringert werden könnte.To determine the expected Pre- and early-crash sensors are already serious in the event of an accident known in which from the mass of the motor vehicle and from its Airspeed or its relative speed in relation to the obstacle to the anticipated impact energy is closed and corresponding measures are taken. With However, this procedure cannot determine whether the obstacle is a rigid obstacle, such as a lamppost, or tree trunk, that is even in one moderate airspeed of the vehicle can lead to serious injuries to the vehicle occupants, or a pedestrian, for example whose impact for the vehicle occupants with or without activation of protective systems only a low risk potential exists while that of the pedestrian by activation of existing pedestrian protection systems is greatly reduced could be.

Im Augenblick existieren zwar noch keine Hilfsmittel, mit denen sich diese Feststellung treffen lässt, allerdings könnten aus der Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug zum Hindernis, der Masse des Kraftfahrzeugs und der Masse des Hindernisses Rückschlüsse auf die Art des Hindernisses gezogen und damit die Grundlagen für eine richtige Entscheidung über eine Aktivierung der entsprechenden Schutzsysteme gelegt werden.At the moment they still exist no tools with which this determination can be made, however could from the relative speed of the motor vehicle in relation to the obstacle, the mass of the motor vehicle and the mass of the obstacle the type of obstacle drawn and thus the basics for a correct one Decision about activation of the corresponding protection systems.

Während die Masse des Kraftfahrzeugs bekannt ist und seine Relativgeschwindigkeit in Bezug zum Hindernis mit Hilfe von Radargeräten oder Auslöseschaltern einer Pre- oder Early-Crash-Sensorik des Fahrzeugs vor oder gleich zu Beginn des Aufpralls gemessen werden kann, bereitet die Messung der Masse des Hindernisses größere Probleme.While the mass of the motor vehicle is known and its relative speed in relation to the obstacle with the help of radar devices or trigger switches a pre or early crash sensor system of the vehicle in front of or the same can be measured at the beginning of the impact, the measurement prepares the bulk of the obstacle major problems.

Aus der DE 101 00 880 A1 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug bekannt. In Abhängigkeit von Signalen einer Pre-Crash-Sensorik des Kraftfahrzeugs wird dort eine Knautschzonenverlängerung in Aufprallrichtung ausgefahren, die das Aufprallobjekt erfasst und wegschiebt, woraufhin aus der von Beschleunigungssensoren gemessenen Verzögerung des Kraftfahrzeugs und der von der Pre-Crash-Sensorik gemessenen Relativbeschleunigung des Aufprallobjekts eine effektive Beschleunigung des Aufprallobjekts berechnet wird. Aus der effektiven Beschleunigung kann unter Einbeziehung der Masse und der Verzögerung des Kraftfahrzeugs eine effektive Masse des Aufprallobjekts berechnet werden, die zusammen mit der Relativgeschwindigkeit ein Maß für die Unfallschwere darstellt. In Abhängigkeit von diesen beiden Größen können dann die Rückhaltemittel des Kraftfahrzeugs adaptiv aktiviert werden. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nur für Kraftfahrzeuge, die mit einer ausfahrbaren Knautschzonenverlängerung ausgestattet sind.From the DE 101 00 880 A1 A method and a device of the type mentioned at the outset for impact detection in a motor vehicle are already known. Depending on signals from a pre-crash sensor system of the motor vehicle, a crumple zone extension is extended there in the direction of impact, which detects and pushes away the impact object, whereupon one from the deceleration of the motor vehicle measured by acceleration sensors and the relative acceleration of the impact object measured by the pre-crash sensor system effective acceleration of the impact object is calculated. From the effective acceleration, taking into account the mass and the deceleration of the motor vehicle, an effective mass of the impact object can be calculated, which together with the relative speed represents a measure of the severity of the accident. Depending on these two variables, the restraint means of the motor vehicle can then be activated adaptively. However, this method is only suitable for motor vehicles that are equipped with an extendable crumple zone extension.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie sich ohne konstruktive Änderungen auch bei üblichen Kraftfahrzeugen einsetzen lassen.Proceeding from this, the object of the invention is to improve a method and a device of the type mentioned at the outset in such a way that they also change without design changes normal motor vehicles.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verlauf einer Kraft ermittelt wird, die zu Beginn des Aufpralls auf mindestens einen elastischen Körper mit bekannter Federsteifigkeit oder Federkennlinie einwirkt, dass anschließend aus dem Kraftverlauf und der Federsteifigkeit oder Federkennlinie ein Verformungsweg des Körpers berechnet wird, dass aus dem Kraftverlauf und dem Verformungsweg die Federenergie berechnet wird, die der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs und des Hindernisses entspricht, und dass aus der Federenergie, der Relativgeschwindigkeit und der bekannten Masse des Kraftfahrzeugs die wirksame Masse des Hindernisses berechnet wird. Demgegenüber ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Ermittlung der Masse des Hindernisses mindestens einen elastischen Körper mit bekannter Federkennlinie oder Federsteifigkeit und einen Sensor zur Messung des Verlaufs einer zu Beginn des Aufpralls auf den elastischen Körper einwirkenden Kraft umfasst, sowie einen Rechner zur Berechnung eines Verformungswegs des Körpers aus dem Kraftverlauf und der Federkennlinie oder Federsteifigkeit, zur Berechnung einer der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs und des Hindernisses entsprechenden Federenergie aus dem Kraftverlauf und dem Verformungsweg sowie zur Berechnung der wirksamen Masse des Hindernisses aus der berechneten Federenergie, der ermittelten Relativgeschwindigkeit und einer bekannten Masse des Kraftfahrzeugs.This task is done with regard to the method according to the invention thereby solved, that the course of a force is determined at the beginning of the impact on at least one elastic body with known spring stiffness or spring characteristic that acts from the force curve and the spring stiffness or spring characteristic is a deformation path of the body is calculated that from the force curve and the deformation path the spring energy is calculated, that of the kinetic energy of the Motor vehicle and the obstacle corresponds, and that from the Spring energy, the relative speed and the known mass of the Motor vehicle the effective mass of the obstacle is calculated. In contrast, the device is characterized in that the devices to determine the mass of the obstacle at least one elastic body with known spring characteristic or spring stiffness and a sensor to measure the course of one at the beginning of the impact on the elastic body acting force includes, as well as a calculator to calculate a Deformation path of the body from the force curve and the spring characteristic or spring stiffness, to calculate a kinetic energy of the motor vehicle and the obstacle corresponding spring energy from the force curve and the deformation path and to calculate the effective mass the obstacle from the calculated spring energy, the determined Relative speed and a known mass of the motor vehicle.

Durch Anordnung des elastischen Körpers und des Sensors an der Vorderseite eines vorderen Stoßfängers des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise über dessen gesamten Breite, wird bei einem Frontalaufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis als erstes der elastische Körper mit der Aufprallkraft beaufschlagt und infolgedessen elastisch verformt.By arranging the elastic body and of the sensor on the front of a front bumper of the Motor vehicle, preferably over its entire width is in the event of a frontal impact of the motor vehicle the first thing to hit an obstacle is the elastic body with the impact force acted upon and consequently elastically deformed.

Der Betrag der vom Sensor gemessenen Aufprallkraft hängt dabei zum einen von der Masse des Kraftfahrzeugs sowie von dessen Relativgeschwindigkeit in Bezug zum Hindernis zum Zeitpunkt des Aufpralls ab, sowie zum anderen von der wirksamen Masse des Hindernisses, die nur bei einem beweglichen Hindernis in etwa der tatsächlichen Masse entspricht, während sie bei einem stationären, im Boden verankerten Hindernis, wie beispielsweise einem Baum oder Laternenmast, derjenigen Masse entspricht, die infolge ihrer Trägheit dem aufprallenden Kraftfahrzeug einen zum Widerstand des stationären Hindernisses äquivalenten Widerstand entgegensetzt. Für die Berechnung der Unfallschwere ist die wirksame Masse des Hindernisses jedoch besser geeignet als seine tatsächliche Masse.The amount of measured by the sensor Impact force depends on the one hand from the mass of the motor vehicle and from its Relative speed in relation to the obstacle at the time of Impact, as well as the effective mass of the obstacle, which is only about the actual one when there is a moving obstacle Mass equals while you at a stationary, obstacle anchored in the ground, such as a tree or Lamppost, which corresponds to the mass that due to its inertia impacting motor vehicle an equivalent to the resistance of the stationary obstacle Opposed resistance. For the calculation of the accident severity is the effective mass of the obstacle however more appropriate than its actual mass.

Aus dem zeitlichen Verlauf der Aufprallkraft, das heißt den gemessenen Momentanwerten der Aufprallkraft über der seit Aufprallbeginn verstrichenen Zeit, sowie aus der bekannten Federsteifigkeit oder Federkennlinie des elastischen Körpers lässt sich dann dessen Verformungsweg für jeden Momentanwert der Aufprallkraft berechnen. Aus der gemessenen Aufprallkraft und dem zugehörigen berechneten Verformungsweg jedes Wertepaars lässt sich in einem weiteren Rechenschritt diejenige Federenergie berechnen, die theoretisch einer vollständigen Umwandlung der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs und des Hindernisses entspricht. Dazu werden die zuvor genannten Wertepaarungen über die ermittelten Wertepaarungen hinaus weiter bis zu einem Kraftwert von Null und dem zugehörigen Verformungsweg fortgeschrieben und anschließend aus allen Wertepaarungen die Federenergie berechnet, gemäß der Gleichung: ΣEFeder = Σ(F·s) (1)wobei F die gemessenen oder fortgeschriebenen Momentanwerte der Aufprallkraft und s die jeweils zugehörigen Verformungswege sind.From the temporal course of the impact force, i.e. the measured instantaneous values of the impact force over the time that has elapsed since the start of the impact, and from the known spring stiffness or spring characteristic of the elastic body, its deformation path can then be calculated for each instantaneous value of the impact force. In a further calculation step, the spring energy that theoretically corresponds to a complete conversion of the kinetic energy of the motor vehicle and the obstacle can be calculated from the measured impact force and the corresponding calculated deformation path of each pair of values. For this purpose, the previously mentioned value pairings are continued beyond the determined value pairings up to a force value of zero and the associated deformation path and then the spring energy is calculated from all value pairings, according to the equation: .SIGMA..sub.e feather = Σ (Fs) (1) where F is the measured or updated instantaneous values of the impact force and s are the associated deformation paths.

Unter Zugrundelegung des Energieerhaltungssatzes gemäß der Gleichung: ΣEFeder = Ekin (2) wobei Ekin die gesamte kinetische Energie des Kraftfahrzeugs und des Hindernisses ist, lässt sich daraus die wirksame Masse meff des Hindernisses berechnen, und zwar gemäß der Gleichung:

Figure 00050001
wobei mKfz die Masse des Kraftfahrzeugs und v die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug zum Hindernis im Zeitpunkt des Aufpralls ist und bei einem ortsfesten Hindernis der Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs im Zeitpunkt des Aufpralls entspricht.Based on the energy conservation rate according to the equation: .SIGMA..sub.e feather = E kin (2) where E kin is the total kinetic energy of the motor vehicle and the obstacle, the effective mass m eff of the obstacle can be calculated therefrom, according to the equation:
Figure 00050001
where m motor vehicle is the mass of the motor vehicle and v is the relative speed of the motor vehicle in relation to the obstacle at the time of the impact and, in the case of a fixed obstacle, corresponds to the travel speed of the motor vehicle at the time of the impact.

Diese Relativgeschwindigkeit v kann zum Beispiel berührungslos mit Hilfe eines in das Kraftfahrzeug eingebauten Radargeräts ermittelt werden oder alternativ im Augenblick des Aufpralls mit Hilfe eines Auslöseschalters, wie er zum Beispiel in der EP 1 138 559 A1 der Anmelderin beschrieben ist.This relative speed v can be determined, for example, in a contactless manner with the aid of a radar device installed in the motor vehicle, or alternatively, at the moment of the impact, with the aid of a trigger switch, such as that shown in FIG EP 1 138 559 A1 the applicant is described.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Sensor ein in Aufprallrichtung vor oder hinter dem elastischen Körper angeordnetes Piezoelement umfasst, mit dem der Verlauf der Aufprallkraft ermittelt wird, indem die beim Aufprall infolge der Druckkraft des elastischen Körpers vom Piezoelement erzeugten Spannungssignale ausgewertet werden. Vorzugsweise werden zwei elastische Körper verwendet, die unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen, wobei zweckmäßig ein elastisch weicher Körper vor dem Piezoelement und ein elastisch harter Körper hinter dem Piezoelement angeordnet sind, deren beider Kennlinien bei der Berechnung des Verformungswegs und der Federenergie berücksichtigt werden.A preferred embodiment of the invention provides that the sensor comprises a piezo element arranged in front of or behind the elastic body in the impact direction, with which the course of the impact force is determined by evaluating the voltage signals generated by the piezo element on impact due to the compressive force of the elastic body. Preferably two elastic bodies are used which have different spring stiffnesses, with an elastically soft body in front of the piezo element and an elastically hard body behind the piezo element, the two characteristic curves of which are taken into account when calculating the deformation path and the spring energy.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below of an embodiment shown in the drawing. It demonstrate:

1: eine schematische Seitenansicht eines nur teilweise dargestellten Personenkraftwagens mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 : A schematic side view of a passenger car shown only partially with a device according to the invention;

2: eine vergrößerte Querschnittsansicht des vorderen Stoßfängers des Personenkraftwagens. 2 : an enlarged cross-sectional view of the front bumper of the passenger car.

Der in 1 schematisch dargestellte Personenkraftwagen 2 ist unter anderen mit einem Insassenschutzsystem 4 in Form einer Airbagvorrichtung 6 mit zwei Frontairbags für Fahrer und Beifahrer sowie einer Gurtstraffereinrichtung 8 mit zwei Gurtstraffern für die Sicherheitsgurte der beiden Vordersitze ausgestattet. Außerdem ist der Personenkraftwagen 2 mit einem Fußgängerschutzsystem 10 in Form einer durch einen Airbag 12 anhebbaren Motorhaube 14 ausgestattet. Während die Gurtstraffer der Gurtstraffereinrichtung 8 elektrisch angetrieben werden und damit reversibel sind, weisen die Frontairbags der Airbagvorrichtung 6 und der Airbag 12 des Fußgängerschutzsystems pyrotechnische Gasgeneratoren (nicht dargestellt) auf, die nach einer Aktivierung ausgetauscht werden müssen.The in 1 schematically shown passenger cars 2 is among other things with an occupant protection system 4 in the form of an airbag device 6 with two front airbags for driver and front passenger and a belt tensioner 8th equipped with two belt tensioners for the seat belts of the two front seats. In addition, the passenger car 2 with a pedestrian protection system 10 in the form of an airbag 12 liftable hood 14 fitted. During the belt tensioner of the belt tensioner device 8th The front airbags of the airbag device are electrically driven and therefore reversible 6 and the airbag 12 of the pedestrian protection system pyrotechnic gas generators (not shown), which must be replaced after activation.

Um bei einem Aufprall des Personenkraftwagens die Entscheidung zu erleichtern, ob die Schutzsysteme 4, 10 aktiviert werden sollen, und wenn ja, welche Schutzsysteme 4, 10 in welchem Umfang, ist eine Schutzsystemsteuerung 16 vorgesehen, die bei Bedarf in Abhängigkeit von der zu erwartenden Unfallschwere das Insassenschutzsystem 4 und/oder das Fußgängerschutzsystem 10 ganz oder teilweise aktiviert.In order to facilitate the decision in the event of an impact of the passenger car whether the protective systems 4 . 10 should be activated, and if so, which protection systems 4 . 10 to what extent is protection system control 16 provided that the occupant protection system depending on the expected severity of the accident 4 and / or the pedestrian protection system 10 fully or partially activated.

Wenn zum Beispiel ein leichter Unfall droht, wird von den Insassenschutzsystemen 4, 10 entweder keines oder nur die beiden reversiblen Gurtstraffer 8 aktiviert, während die Frontairbags nur dann aktiviert werden, wenn ein schwererer Unfall zu erwarten ist. In diesem Fall kann auch eine sequentielle Aktivierung des Insassenschutzsystems 4 erfolgen, indem bereits vor einem drohenden Aufprall die Gurtstraffer 8 und unmittelbar nach dem Aufprall die Frontairbags aktiviert werden. Das Fußgängerschutzsystem 10 wird dann aktiviert, wenn das Hindernis als möglicher Fußgänger eingestuft wird, wie nachfolgend erläutert wird.For example, if a minor accident threatens, the occupant protection systems 4 . 10 either none or only the two reversible belt tensioners 8th activated, while the front airbags are only activated when a more serious accident is expected. In this case, sequential activation of the occupant protection system can also be carried out 4 take place by the belt tensioner before an impending impact 8th and the front airbags are activated immediately after the impact. The pedestrian protection system 10 is activated when the obstacle is classified as a possible pedestrian, as explained below.

Um die Unfallschwere eines drohenden Unfalls und ggf. die Art des Hindernisses zu ermitteln, ist der Personenwagen 2 zum einen in an sich bekannter Weise mit einer Pre-Crash-Sensorik und einer Early-Crash-Sensorik ausgestattet, von denen die erstere unter anderem ein mit der Schutzsystemsteuerung 16 verbundenes Radargerät 18 zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit des Personenwagens in Bezug zu einem vor diesem auftauchenden Hindernis, zum Beispiel einem Fußgänger 20 umfassen kann.In order to determine the accident severity of an impending accident and, if necessary, the type of obstacle, the passenger car 2 is equipped, in a manner known per se, with a pre-crash sensor system and an early crash sensor system, of which the first one, among others with the protection system control 16 connected radar 18 to determine the relative speed of the passenger car in relation to an obstacle in front of it, for example a pedestrian 20 may include.

Derartige Radargeräte sind bekannt und sollen daher hier nicht näher beschrieben werden. Alternativ, und wie am besten in 2 der Zeichnung dargestellt, kann zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit des Personenkraftwagens in Bezug zum Hindernis auch die Early-Crash-Sensorik des Personenkraftwagens mit einem Auslöseschalter 22 ausgestattet werden, wie er im Einzelnen in der bereits genannten EP 1 138 559 A1 der Anmelderin beschrieben ist, deren Offenbarung im Hinblick auf die Konstruktion und Funktionsweise des Auslöseschalters 22 hiermit zu einem Teil der vorliegenden Anmeldung gemacht werden soll.Radar devices of this type are known and are therefore not to be described in more detail here. Alternatively, and how best in 2 shown in the drawing, the early crash sensor system of the passenger car with a trigger switch can also be used to determine the relative speed of the passenger car in relation to the obstacle 22 be equipped as detailed in the already mentioned EP 1 138 559 A1 the applicant is described, whose disclosure with regard to the construction and operation of the trigger switch 22 is hereby to be made part of the present application.

Wie in 2 dargestellt und in der EP 1 138 559 A1 näher erläutert, steht der Auslöseschalter 22 nach vorne über die Vorderseite des vorderen Stoßfängers 24 über, so dass er denjenigen Teil des Personenkraftwagens 2 bildet, der bei einem Frontalaufprall auf ein Hindernis, z.B. 20, als erstes mit diesem in Berührung tritt. Der Auslöseschalter 22 besteht aus einem aus zwei Werkstoffen extrudierten Doppelkammerprofil 26, das eine erste Kammer 28 und eine zweite Kammer 30 umschließt und beim Aufprall infolge der Nachgiebigkeit der Werkstoffe eingedrückt wird. Bei der Verformung des Auslöseschalters 22 infolge des Frontalaufpralls treten nacheinander zwei in das Doppelkammerprofil integrierte Kontaktpaare 32, 34 bzw. 34, 36 miteinander in Berührung, womit sich aus der Zeitverzögerung zwischen dem Schließen des Kontakts am vorderen Kontaktpaar 32, 34 und dem Schließen des Kontakts am hinteren Kontaktpaar 34, 36 die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Personenkraftwagen 2 und dem Hindernis 20 unmittelbar zu Beginn des Aufpralls berechnen lässt. Diese Berechnung erfolgt in der Schutzsystemsteuerung 16, die dazu über ein Kabel 38 (1) mit dem Auslöseschalter 22 verbunden und mit einem geeigneten Rechner (nicht dargestellt) ausgestattet ist.As in 2 shown and in the EP 1 138 559 A1 explained the trigger switch 22 forward over the front of the front bumper 24 over so that he is the part of the passenger car 2 forms that in the event of a frontal impact on an obstacle, for example 20 , first comes into contact with it. The trigger switch 22 consists of a double-chamber profile extruded from two materials 26 which is a first chamber 28 and a second chamber 30 encloses and is pressed in on impact due to the flexibility of the materials. When the trigger switch is deformed 22 as a result of the frontal impact, two contact pairs integrated into the double chamber profile occur in succession 32 . 34 respectively. 34 , 36 in contact with each other, which results from the time delay between the closing of the contact on the front contact pair 32 . 34 and closing the contact on the rear pair of contacts 34 . 36 the relative speed between the passenger car 2 and the obstacle 20 can be calculated immediately at the beginning of the impact. This calculation is done in the protection system control 16 that do this via a cable 38 ( 1 ) with the trigger switch 22 connected and equipped with a suitable computer (not shown).

Zwischen dem Auslöseschalter 22 und dem Stoßfänger 24 ist weiter ein Detektor 40 angeordnet, mit dessen Hilfe sich ebenfalls zu Beginn eines Frontalaufpralls auf ein Hindernis, z.B. 20, die wirksame Masse des Hindernisses berechnen lässt. In Verbindung mit der vom Radargerät 18 bzw. vom Auslöseschalter 22 gemessenen Relativgeschwindigkeit des Personenkraftwagens 2 in Bezug zum Hindernis lässt dies aussagekräftige Rückschlüsse auf die zu erwartende Unfallschwere und ggf. auch über die Art des Hindernisses zu.Between the trigger switch 22 and the bumper 24 is still a detector 40 arranged, with the help of which the effective mass of the obstacle can also be calculated at the beginning of a frontal impact on an obstacle, for example 20. In conjunction with that from the radar 18 or from the trigger switch 22 measured relative speed of the passenger car 2 in relation to the obstacle, this allows meaningful conclusions to be drawn about the expected severity of the accident and possibly also about the type of obstacle.

Der Detektor 40 erstreckt sich wie der Auslöseschalter 22 über die gesamte Breite des vorderen Stoßfängers 24 und besteht im Wesentlichen aus zwei massiven elastisch verformbaren homogenen Körpern 42, 44 mit unterschiedlicher Federsteifigkeit und über ihre Länge gleichbleibendem Querschnitt, die durch ein dazwischen angeordnetes Piezoelement 46 voneinander getrennt sind. Von den beiden Körpern 42, 44 ist der weichere 42 zwischen dem Auslöseschalter 22 und dem Piezoelement 46 angeordnet, während der härtere 44 zwischen dem Piezoelement 46 und der Vorderseite des Stoßfängers 24 angeordnet ist. Die Federsteiflgkeiten der beiden Körper 42, 44 werden durch die Materialwahl und die Abmessungen der Körper 42, 44 festgelegt. Das Piezoelement 46 ist wie der Auslöseschalter 22 über das Kabel 38 mit der Schutzsystemsteuerung 16 verbunden. Diese umfasst eine Auswerteschaltung, in der in die beim Aufprall die im Piezoelement 46 erzeugten Spannungssignale ausgewertet werden, um daraus zu Beginn des Aufpralls über einen kurzen Zeitraum von einigen Millisekunden den Betrag der auf die Körper 42, 44 einwirkenden momentanen Aufprallkraft und deren Kraftverlauf über den Messzeitraum hinweg zu ermitteln.The detector 40 extends like the trigger switch 22 across the full width of the front bump catcher 24 and essentially consists of two solid, elastically deformable, homogeneous bodies 42 . 44 with different spring stiffness and constant cross-section over its length, thanks to a piezo element arranged between them 46 are separated from each other. Of the two bodies 42 . 44 is the softer 42 between the trigger switch 22 and the piezo element 46 arranged while the harder 44 between the piezo element 46 and the front of the bumper 24 is arranged. The spring stiffness of the two bodies 42 . 44 are determined by the choice of material and the dimensions of the body 42 . 44 established. The piezo element 46 is like the trigger switch 22 over the cable 38 with the protection system control 16 connected. This includes an evaluation circuit, in which, in the event of an impact, in the piezo element 46 generated voltage signals are evaluated to determine the amount of impact on the body at the beginning of the impact over a short period of a few milliseconds 42 . 44 to determine the momentary impact force acting on it and its force curve over the measurement period.

Aus dem zeitlichen Verlauf der Aufprallkraft über den Messzeitraum sowie aus der bekannten Federsteifigkeit der beiden elastischen Körper 42, 44 lässt sich deren Verformungsweg für jeden Momentanwert der Aufprallkraft berechnen. Aus diesen Momentanwertepaaren der gemessenen Aufprallkraft und des zugehörigen berechneten Verformungswegs kann die theoretische Federenergie berechnet werde, die einer vollständigen Umwandlung der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs und des Hindernisses in Federenergie in den Körpern 42, 44 entspricht, das heißt der kinetischen Energie, die bei einem Abbau der Relativgeschwindigkeit auf Null theoretisch in Federenergie umgesetzt werden könnte. Dazu werden die Momentanwertepaarungen über die ermittelten Wertepaarungen hinaus weiter bis zu einem Kraftwert von Null und dem zugehörigen Verformungsweg fortgeschrieben und anschließend aus allen Wertepaarungen die Federenergie berechnet, gemäß der Gleichung: ΣEFeder = Σ(F·s) (1)wobei F die gemessenen oder fortgeschriebenen Momentanwerte der Aufprallkraft und s die jeweils zugehörigen Verformungswege sind.From the time course of the impact force over the measurement period and from the known spring stiffness of the two elastic bodies 42 . 44 their deformation path can be calculated for every instantaneous value of the impact force. From these instantaneous value pairs of the measured impact force and the associated calculated deformation path, the theoretical spring energy can be calculated, that of a complete conversion of the kinetic energy of the motor vehicle and the obstacle into spring energy in the bodies 42 . 44 corresponds, that is to say the kinetic energy which could theoretically be converted into spring energy if the relative speed were reduced to zero. For this purpose, the instantaneous value pairings are continued beyond the determined value pairings up to a force value of zero and the associated deformation path, and then the spring energy is calculated from all value pairs, according to the equation: .SIGMA..sub.e feather = Σ (Fs) (1) where F is the measured or updated instantaneous values of the impact force and s are the associated deformation paths.

Unter Zugrundelegung des Energieerhaltungssatzes gemäß der Gleichung: ΣEFeder = Ekin (2)wobei Ekin die gesamte kinetische Energie des Personenwagens 2 und des Hindernisses 20 ist, lässt sich daraus die wirksame Masse meff des Hindernisses 20 berechnen, und zwar gemäß der Gleichung:

Figure 00090001
wobei mKfz die Masse des Personenkraftwagens und v dessen Relativgeschwindigkeit in Bezug zum Hindernis im Zeitpunkt des Aufpralls ist und bei vor dem Personenkraftwagen auftauchenden Fußgänger 20 etwa der Fahrtgeschwindigkeit des Personenkraftwagens entspricht.Based on the energy conservation rate according to the equation: .SIGMA..sub.e feather = E kin (2) where E kin is the total kinetic energy of the passenger car 2 and the obstacle 20 is the effective mass m eff of the obstacle 20 calculate according to the equation:
Figure 00090001
where m motor vehicle is the mass of the passenger car and v its relative speed in relation to the obstacle at the time of the impact and for pedestrians appearing in front of the passenger car 20 corresponds approximately to the speed of travel of the passenger car.

Aus der berechneten wirksamen Masse meff des Hindernisses lassen sich in Verbindung mit der Relativgeschwindigkeit v und der Masse des Personenkraftwagens mKfz aussagekräftige Rückschlüsse über die zu erwartende Unfallschwere und ggf. auch über die Natur des Hindernisses ziehen.From the calculated effective mass m eff of the obstacle, in conjunction with the relative speed v and the mass of the passenger car m motor vehicle, meaningful conclusions can be drawn about the expected severity of the accident and possibly also about the nature of the obstacle.

Ergibt sich zum Beispiel eine verhältnismäßig geringe wirksame Masse meff von weniger als 200 kg und wird gleichzeitig eine verhältnismäßig geringe Relativgeschwindigkeit v von weniger als 40 km/h gemessen, so braucht das Insassenschutzsystem 4 und insbesondere die Frontairbags der Airbagvorrichtung 6 nicht aktiviert zu werden, während eine sofortige Aktivierung des Fußgängerschutzsystems 10 durch aufblasen des Airbags 12 von Vorteil ist, da es sich bei dem Hindernis um einen Fußgänger 20 oder Radfahrer handeln kann. Ergibt sich demgegenüber eine sehr hohe wirksame Masse meff von mehr als 800 kg und wird gleichzeitig eine verhältnismäßig hohe Relativgeschwindigkeit von mehr als 60 km/h gemessen, so kann es sich bei dem Hindernis entweder um ein stehendes oder langsam entgegenkommendes Fahrzeug oder um ein ortsfestes unnachgiebiges Hindernis handeln, das am besten zu einer sofortigen Aktivierung der Gurtstraffer 8 und Frontairbags der Airbagvorrichtung 6 führen sollte, sofern die ersteren nicht bereits zuvor von der Pre-Crash-Sensorik aktiviert worden sind.If, for example, there is a relatively low effective mass m eff of less than 200 kg and at the same time a relatively low relative speed v of less than 40 km / h is measured, the occupant protection system needs 4 and in particular the front airbags of the airbag device 6 not to be activated during an immediate activation of the pedestrian protection system 10 by inflating the airbag 12 is advantageous because the obstacle is a pedestrian 20 or cyclists can act. If, on the other hand, there is a very high effective mass m eff of more than 800 kg and at the same time a relatively high relative speed of more than 60 km / h is measured, the obstacle can be either a stationary or slowly oncoming vehicle or a stationary one act relentless obstacle, which is best for an immediate activation of the belt tensioner 8th and front airbags of the airbag device 6 should lead, unless the former have already been activated by the pre-crash sensor system.

An Stelle eines einzigen Detektors 40 können auch mehrere diskrete Detektoren entlang des vorderen Stoßfängers 24 angeordnet werden, die, wenn sie bei einem Aufprall auf ein Hindernis nur teilweise ansprechen, weitere Hinweise auf die Art des Hindernisses liefern.Instead of a single detector 40 can also use multiple discrete detectors along the front bumper 24 are arranged which, if they only partially respond to an obstacle, provide further information on the type of obstacle.

Claims (13)

Verfahren zur Aktivierung oder Einstellung von Insassen- oder Fußgänger-Schutzsystemen von Kraftfahrzeugen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis, bei welchem Verfahren die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug zum Hindernis sowie eine wirksame Masse des Hindernisses ermittelt und bei der Aktivierung oder Einstellung der Schutzsysteme berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf einer Kraft ermittelt wird, die zu Beginn des Aufpralls auf mindestens einen elastischen Körper (42, 44) mit bekannter Federkennlinie einwirkt, dass anschließend aus dem Kraftverlauf und der Federkennlinie ein Verformungsweg des Körpers (42, 44) berechnet wird, dass aus dem Kraftverlauf und dem Verformungsweg die Federenergie berechnet wird, die der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs und des Hindernisses entspricht, und dass aus der Federenergie, der Relativgeschwindigkeit und der bekannten Masse des Kraftfahrzeugs die wirksame Masse des Hindernisses (20) berechnet wird.Procedure for activating or adjusting occupant or pedestrian protection systems from Kraft vehicles in the event of an impact of the motor vehicle on an obstacle, in which method the relative speed of the motor vehicle in relation to the obstacle and an effective mass of the obstacle are determined and taken into account when activating or adjusting the protective systems, characterized in that the course of a force is determined, at the beginning of the impact on at least one elastic body ( 42 . 44 ) acts with a known spring characteristic that then a deformation path of the body from the force curve and the spring characteristic ( 42 . 44 ) is calculated that the spring energy is calculated from the force curve and the deformation path, which corresponds to the kinetic energy of the motor vehicle and the obstacle, and that from the spring energy, the relative speed and the known mass of the motor vehicle, the effective mass of the obstacle ( 20 ) is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Kraftverlaufs das Spannungssignal eines in Aufprallrichtung vor oder hinter dem elastischen Körper (42, 44) angeordneten Piezoelements (469 ausgewertet wird.A method according to claim 1, characterized in that to determine the force profile, the voltage signal of one in front of or behind the elastic body in the direction of impact ( 42 . 44 ) arranged piezo element ( 469 is evaluated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf einer Kraft ermittelt wird, die infolge des Aufpralls auf zwei elastische Körper (42, 44) mit unterschiedlichen Federkennlinien einwirkt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the course of a force is determined, which as a result of the impact on two elastic bodies ( 42 . 44 ) acts with different spring characteristics. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Kraftverlaufs das Spannungssignal eines in Aufprallrichtung zwischen den beiden elastischen Körpern (42, 44) angeordneten Piezoelements (46) ausgewertet wird.A method according to claim 3, characterized in that, to determine the force profile, the voltage signal in the direction of impact between the two elastic bodies ( 42 . 44 ) arranged piezo element ( 46 ) is evaluated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2) in Bezug zum Hindernis (20) mittels Radar ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the relative speed of the motor vehicle ( 2 ) in relation to the obstacle ( 20 ) is determined using radar. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2) in Bezug zum Hindernis (20) anhand der Zeitverzögerung zwischen dem Schließen zweier Kontaktpaare (32, 34; 34, 36) eines Schalters (22) am Stoßfänger (24) des Kraftfahrzeugs (2) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the relative speed of the motor vehicle ( 2 ) in relation to the obstacle ( 20 ) based on the time delay between the closing of two contact pairs ( 32 . 34 ; 34 . 36 ) a switch ( 22 ) on the bumper ( 24 ) of the motor vehicle ( 2 ) is determined. Vorrichtung zur Aktivierung oder Einstellung von Insassen- oder Fußgänger-Schutzsystemen von Kraftfahrzeugen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis, mit Einrichtungen zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug zum Hindernis sowie einer wirksamen Masse des Hindernisses, wobei die Vorrichtung die ermittelte Relativgeschwindigkeit und die wirksame Masse bei der Aktivierung oder Einstellung der Schutzsysteme berücksichtigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (40, 16) zur Ermittlung der wirksamen Masse des Hindernisses (20) mindestens einen elastischen Körper (42, 44) mit bekannter Federkennlinie und einen Sensor (46) zur Messung des Verlaufs einer zu Beginn des Aufpralls auf den elastischen Körper (42, 44) einwirkenden Kraft umfasst, sowie einen Rechner zur Berechnung eines Verformungswegs des Körpers (42, 44) aus dem Kraftverlauf und der Federkennlinie, zur Berechnung einer der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs (2) und des Hindernisses (20) entsprechenden Federenergie aus dem Kraftverlauf und dem Verformungsweg und zur Berechnung der wirksamen Masse des Hindernisses (20) aus der Federenergie, der Relativgeschwindigkeit und einer bekannten Masse des Kraftfahrzeugs (2).Device for activating or adjusting occupant or pedestrian protection systems of motor vehicles in the event of an impact of the motor vehicle on an obstacle, with devices for determining the relative speed of the motor vehicle in relation to the obstacle and an effective mass of the obstacle, the device determining the determined relative speed and the effective mass when activating or adjusting the protective systems, characterized in that the facilities ( 40 . 16 ) to determine the effective mass of the obstacle ( 20 ) at least one elastic body ( 42 . 44 ) with known spring characteristic and a sensor ( 46 ) to measure the course of an elastic body at the beginning of the impact ( 42 . 44 ) acting force, as well as a calculator for calculating a deformation path of the body ( 42 . 44 ) from the force curve and the spring characteristic, to calculate one of the kinetic energy of the motor vehicle ( 2 ) and the obstacle ( 20 ) corresponding spring energy from the force curve and the deformation path and for calculating the effective mass of the obstacle ( 20 ) from the spring energy, the relative speed and a known mass of the motor vehicle ( 2 ). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (46) ein in Aufprallrichtung vor oder hinter dem elastischen Körper (42, 44) angeordnetes Piezoelement (46) umfasst.Apparatus according to claim 7, characterized in that the sensor ( 46 ) in the direction of impact in front of or behind the elastic body ( 42 . 44 ) arranged piezo element ( 46 ) includes. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (40, 16) zur Ermittlung der wirksamen Masse des Hindernisses (20) zwei elastische Körper (42, 44) mit unterschiedlicher Federkennlinie umfassen.Device according to claim 7 or 8, characterized in that the devices ( 40 . 16 ) to determine the effective mass of the obstacle ( 20 ) two elastic bodies ( 42 . 44 ) with different spring characteristics. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (46) ein in Aufprallrichtung zwischen den elastischen Körpern (42, 44) angeordnetes Piezoelement (46) umfasst.Apparatus according to claim 9, characterized in that the sensor ( 46 ) in the direction of impact between the elastic bodies ( 42 . 44 ) arranged piezo element ( 46 ) includes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (46) und der elastische Körper (42, 44) an der Vorderseite eines vorderen Stoßfängers (24) des Kraftfahrzeugs (2) angeordnet sind.Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the sensor ( 46 ) and the elastic body ( 42 . 44 ) on the front of a front bumper ( 24 ) of the motor vehicle ( 2 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2) in Bezug zum Hindernis (20) ein Radargerät (18) umfassen.Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the devices for determining the relative speed of the motor vehicle ( 2 ) in relation to the obstacle ( 20 ) a radar device ( 18 ) include. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2) in Bezug zum Hindernis (20) einen am Stoßfänger (24) des Kraftfahrzeugs (2) angebrachten Schalter (22) mit zwei Kontaktpaare (32, 34; 34, 36) umfassen, die beim Aufprall durch Verformung des Schalters (22) zeitverzögert in Kontakt treten.Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that the devices for determining the relative speed of the motor vehicle ( 2 ) in relation to the obstacle ( 20 ) one on the bumper ( 24 ) of the motor vehicle ( 2 ) attached switch ( 22 ) with two pairs of contacts ( 32 . 34 ; 34 . 36 ) which, in the event of an impact, are caused by deformation of the switch ( 22 ) get in touch with a delay.
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