DE3507381A1 - Vorrichtung zum schutze von kraftfahrzeug-insassen bei auffahrunfaellen - Google Patents

Vorrichtung zum schutze von kraftfahrzeug-insassen bei auffahrunfaellen

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DE3507381A1 DE19853507381 DE3507381A DE3507381A1 DE 3507381 A1 DE3507381 A1 DE 3507381A1 DE 19853507381 DE19853507381 DE 19853507381 DE 3507381 A DE3507381 A DE 3507381A DE 3507381 A1 DE3507381 A1 DE 3507381A1
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Description

  • Vorrichtuna zum Schutze von Kraftfahrzeug-Insassen
  • bei Auffahrunfällen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Schutze von Kraftfahrzeug-Insassen bei Auffahrunfällen.
  • Die Maßnahmen zum Schutz von Kraftfahrzeug-Insassen bei einem durch Auffahren herbeigeführten Zusammenstoß oder Crash beschränken sich in herkömmlichen Fahrzeugen bislang auf passive Schutzvorkehrungen, wie das Vorsehen eines energieabsorbierenden Deformationsbereiches (Knautschzone) vor der Fahrgastzelle, die relativ unverformbare Ausbildung der Fahrgastzelle selbst, Sicherheitsgurte etc.
  • Als aktive Schutzmaßnahme ist bislang nur das sogs.
  • Air-Bag oder Prallkissen bekannt, das jedoch wegen eines irreversiblen Charakters erst dann ausgelöst werden kann, wenn bereits eine Krafteinwirkung auf das Fahrzeug vcrliegt, also der Zusammenstoß bereits erfolgt ist, und das dadurch nicht in allen Fällen seine Schutzfunktion voll entfalten kann.
  • Vcrteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine Information über den bevorstehenden Crash zeitlich vor dem tatsächlichen Zusammenstoß ausgegeben wird und dadurch Zeit gewonnen wird, um aktiv, ggf. gestaffelt, Maßnahmen zum Schutze der Insassen einzuleiten. Solche Maßnahmen können z.B. im Aktivieren eines Gurtstrammers, im Füllen eines Prallkissens am Lenkrad, in der Sicherung der Türen gegen Aufspringen beim Auffahren etc. bestehen. Selbst bei relativ klein bemessenem Entfernungsbereich vor und hinter dem Kraftfahrzeug, in welchem die Schutzvorrichtung ein dem Kraftfahrzeug auf dessen Fahrbahn sich näherndes Objekt detektiert, von z.B. max. 15 m reicht die Vorwarnzeit aus, um cptimale Schutzeinrichtungen für die Kraftfahrzeuginsassen zu aktivieren. Bei einem z.B. mit 130 km/h auf ein stehendes Hindernis uffahrenden Kraftfahrzeug bleiben bei Erreichen eines Abstandes von 10 m zum Hindernis noch 0,28 sec bis zum Crash, bei Erreichen eines Abstandes von 5 m noch 0,14 sec. Diese Vorwarnzeiten sind ausreichend zum Auslösen oder Aktivieren von automatischen Schutzeinrichtungen, so daß diese zum Chrashzeitpunkt bereits ihre Schutzwirkung voll entfaltet haben.
  • Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung ermöglicht auch den Einsatz von neuen Schutzeinrichtungen, deren Verwendung bislang nur daran gescheitert ist, daß sie eine Aktivierungszeit benötigen, die dann nicht mehr zur Verfügung steht, wenn wie bisher die Aktivierung durch den Crash selbst, also durch den mechanischen Zusammenstoß, erfolgt.
  • Durch die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Schutzvorrichtung möglich.
  • Zeichnung Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht eines Kraftfahrzeugs mit schematisch dargestellten Schutzzonen vor und hinter dem Kraftfahrzeug, Fig. 2 jeweils eine Schaltungsanordnung einer und 3 Schutzvorrichtung im Kraftfahrzeug gemäß Fig. 1 gemäß einem ersten und zweiten Aus-Führungsbeispiel.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in Fig. 1 in schematiscller Draufsicht zu sehende Kraftfahrzeug 11 ist mit einer Vorrichtung zum Schutze von Kraftfahrzeug-Insassen bei Auf fahrunfällen ausgerüstet.
  • Diese weist eine Meßvorrichtung 12 und eine Auswerte- schaltung 13 auf (Fig.2). Die Meßvorrichtung 12 ist so ausgebildet, daß sie in einem vor und hinter dem Kraftfahrzeug 11 liegenden Entfernungsbereich im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug 11 und einem in den vorderen oder hinteren Entfernungsbereich eindringenden Objekt und im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 die Distanz und die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 11 zu einem in die Entfernungsbereiche eindringenden Objekt mißt Der vordere und hintere Entfernungsbereich deckt sich in etwa mit den in Fig. 1 schematisch dargestellten Keulen, die im folgenden noch näher beschrieben werden.
  • Die Meßvorrichtung 12 weist hierzu eine an der Frontseite und eine am Heck des Kraftfahrzeugs 11 angeordnete Sender-/Empängereinrichtung 14, 14' mit einer in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 11 sich erstreckenden Richtcharakteristik auf. Die Richtcharakteristiken sind in Fig. 1 schematisch angedeutet und mit 15 und 16 bezeichnet. Bei den Richtcharakteristiken 15, 16 sind nur die Hauptkeulen zu sehen und ist auf die Darstellung der weitgehend unterdrückten Nebenkeulen verzichtet worden. Die Richtcharakteristiken 15, 16 bzw. deren Hauptkeulen, weisen durch entsprechende geometrische Ausbildung der Sender-/Empfängereinrichtung 14, 14' (z.B. durch Aneinanderreihen von einzelnen Wandlerelementen quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 11) einen solchen Öffnungswinkel auf, daß etwas weniger als die Breite einer Fahrspur 28 einer zweispurigen Fahrbahn 27 abgedeckt wird, also nur wenig mehr als die Breite des Kraftfahrzeugs 11 selbst. Unter dem Öffnungswinkel wird wie üblich der Winkelbereich verstanden, innerhalb dessen der Sende - bzw. Empfangspegel auf die Hälfte des max. Pegels (3 dB) absinkt. Die von den Richtcharakteristiken bestimmte Reichweite der Sender-/ Empfängereinrichtungen 14, 14' bestimmt die Entfernungsbereiche vor und hinter dem Kraftfahrzeug 11.
  • In dem Ausführungsbeispiel der Schutzvorrichtung gemäß Fig. 2 weist die Sender-/Empfängereinrichtung 14 einen Ultraschallsender 17 und einen Ultraschallempfänger 18 auf. Der Ultraschallsender 17 ist über einen Verstärker 19 an einen Sendesignalgenerator 25 angeschlossen, der ein Sendesignal mit der Sendefreqeunz fS erzeugt. Die vom Ultraschallsender 17 abgestrahlten Ultraschallsignale werden an einem in den von der Reichweite des Ultraschallsenders 17 bestimmten Entfernungsbereich eindringenden oder in diesem befindlichen Objekt, z.B.
  • an einem stehenden Hindernis oder an einem vorausfahrenden oder nachfolgenden Fremdfahrzeug, reflektiert und im Ultraschallempfänger 18 empfangen. Infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug 11 und dem Objekt weisen die Empfangssignale die Empfangsfrequenz auf, wobei c die Schallgeschwindigkeit in Luft und v die Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug 11 und Objekt ist. Nach Verstärkung der Empfangssignale in einem Verstärker 20 werden diese einem an sich bekannten Doppleranalysator 21 zugeführt, der ebenfalls die Sendefrequenz fS zugeführt erhält. Der Doppleranalysator 21 bestimmt aus den Empfangssignalen die Empfangsfrequenz fE und aus dieser und der Sendefrequenz fS die Dopplerfrequenz fD. Bekannte Doppleranalysatoren weisen hierzu einen Fouriertransformator zur Frequenzanalyse der Empfangs signale, einen Maximumsucher zur Ermittlung der dopplerbehafteten Empfangsfrequenz fE als die Frequenz mit der größten Signalamplitude im Frequenzsprektrum des Empfangssignals und einen Differenzbildner zur Subtraktion der Sendefrequenz fS von der Empfangsfrequenz fE auf. Die Dopplerfrequenz fD am Ausgang des Doppleranalysators 21 wird einem Multiplizierer/ Dividierer 22 zugeführt, der andererseits die Sendefrequenz fS und einen der halben Schallgeschwindigkeit entsprechenden Multiplikator zugeführt erhält. Am Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 22 wird die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 11 zu dem Objekt gemäß ausgegeben. Am Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 22 der Meßvorrichtung 12 ist die Auswerteschaltung 13 angeschlossen. Diese weist einen mit dem Multiplizierer/Dividierer 22 verbundenen Komparator 23 und einen an dem Ausgang des Komparators 23 angeschlossenen Preventer 24 auf.
  • Der Komparator 23 ist mit einem Vorgabewert einer max.
  • zulässigen Annäherungsgeschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug 11 und Objekt belegt, bei welcher mit Sicherheit ein Auffahrunfall ausgeschlossen werden kann. Ist das Ausgangssignal des Multiplizierers/Dividierers 22, d.h. also die momentan gemessene Annäherungsgeschwindigkeit eines Objekts, größer als dieser Vorgabewert, so erzeugt der Komparator 23 an seinem Ausgang ein Auslösesignal, das den Preventer 24 startet, der seinerseits auf mechanische, elektrische, pneumatische oder elektromagnetische Weise eine oder mehrere weiter nicht dargestellte, im Kraftfahrzeug 11 vorhandene Schutzeinrichtungen aktiviert. Eine solche Aktivierung kann z.B. im Auslösen eines Gurtstrammers, Füllen eines Prallkissens, im Sichern der Fahrzeugtüren gegen Aufspringen usw. bestehen.
  • Der Vorgabewert für die max. zulässige Annäherungsgeschwindigkeit ist anhand der Reichweite der Meßvorrichtung 12, des Bremsweges des Kraftfahrzeugs 11 und der Reaktionszeit des Fahrers so zubemessen, daß dieser erst dann überschritten wird, wenn die gemessene Relativgeschwindigkeit zu einem in einen der Entfernungsbereiche vor oder hinter dem Kraftfahrzeug 11 eindringenden Objekt so groß ist, daß die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstosses relativ hoch liegt.
  • Zu erwähnen bleibt, daß die einzelnen Bauelemente der Meßvorrichtung 12 und der Auswerteschaltung 13 jeweils zweimal vorhanden sind, wobei die eine Gruppe von Bauelementen an der an der Frontseite des Kraftfahrzeugs 11 angeordneten Sender-/Empfängereinrichtung 14 und die andere Gruppe von Bauelementen an der am Heck des Kraftfahrzeugs angeordneten Sender-/Empfängereinrichtung 14' angeschlossen sind. Denkbar ist jedoch auch, daß mit Ausnahme der Sender-/Empfängereinrichtungen 14, 14' alle übrigen Bauelemente der Meßvorrichtung 12 und die Auswerteschaltung 13 nur einmal vorgesehen werden und daß diese in schneller Schaltfolge auf die vordere oder hintere Sender-/Empfängereinheit aufgeschaltet werden. Sobald jedoch ein in einen der Entfernungsbereiche eindringendes Objekt detektiert wird, bleiben die Bauelemente mit der diesen Entfernungsbereich erfassenden Sender-/ Empfängereinrichtung 14, 14' verbunden.
  • Bei größeren Reichweiten der Meßvorrichtung 12 kann auch eine Anzeigevorrichtung 26 für die Annäherungsgeschwindigkeit zu vorausliegendenoder zu nachfolgenden Objekten vorgesehen werden, die mit dem Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 22 zu verbinden ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel der Schutzvorrichtung gemäß Fig. 3 weist die Sender-/Empfängereinrichtung 314 der Meßvorrichtung 312 einen einzigen Schallwandler 330 auf, der sowohl als Ultraschallsender als auch als Ultraschallempfänger betrieben werden kann.
  • Der Schallwandler 330 ist über eine elektrische Weiche 331, ggf. unter Zwischenschaltung eines Verstärkers, mit dem Sendesignalgenerator 325 verbunden, der hier impulsförmige Sendesignale erzeugt. Der Sendesignalgenerator 325 wird von einem Startimpulsgenerator 332 zu fest vorgegebenen Zeitpunkten gestartet, wobei jeweils von dem Schallwandler 330 ein Schallimpuls ausgesendet wird. Die Periode des Startimpulsgenerators 332 ist größer als die doppelte Reichweite der Sender-/Empfängereinrichtung 314, dividiert durch die Schallgeschwindigkeit in Luft.
  • In der Meßvorrichtung 312 wird nunmehr die Laufzeit des Schallimpulses zu einem in einen der Entfernungsbereiche eindringenden Objekt und zurück gemessen und daraus der Abstand zwischen Kraftfahrzeug 11 und Objekt ermittelt. Hierzu weist die Meßvorrichtung 312 einen Zähler 333 auf, der von einem Taktgenerator 334 getriggert wird. Mit jedem Startimpuls wird der Zähler 333 auf Null zurückgesetzt und der Clock für die Dauer des Startimpulses unterbrochen, wozu der Ausgang des Startimpulsgenerators 332 mit dem Clear-Eingang des Zählers 333 und mit dem Eingang eines zwischen dem Taktgenerator 334 und dem Takteingang des Zählers 333 eingeschalteten NAND-Gliedes 335 verbunden ist.
  • Der vom Objekt reflektierte und von dem Schallwandler 330 empfangene Schallimpuls gelangt über die Weiche 331 und einem Verstärker 336, ggf. nach Durchlaufen eines Impuls- formers,an den Takteingang eines Schieberegisters 337 mit einem Mehrbitspeicherplatz. Der Signaleingang des Schieberegisters 337 ist mit dem Ausgang des Zählers 333 verbunden, so daß mit jedem empfangenen Schallimpuls der Zählinhalt des Zählers 333 in das Schieberegister 337 eingeschrieben wird. Da der Zähltakt des Zählers 333 vom Taktgenerator 334 vorgegeben und bekannt ist, ist der Inhalt des Schieberegisters 337 ein Maß für die Schallimpulslaufzeit und ein direktes Maß (Multiplikation mit der halben Schallgeschwindigkeit in Luft) für die Entfernung zwischen Kraftfahrzeug 11 und Objekt. Die Entfernung kann bei entsprechender Eichung in einer Anzeigevorrichtung 338 angezeigt werden.
  • Zusätzlich kann aus mindestens zwei in einem Zeitintervall gemessenen Distanzwerten die Annäherungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 11 bezüglich des Objekts ermittelt werden. Hierzu ist dem Schieberegister 337 ein zweites identisch ausgebildetetes Schieberegister 339 nachgeschaltet, in welches mit jedem empfangenen Schallimpuls der Inhalt des ersten Schieberegisters 337 eingeschrieben wird. Die Ausgänge der beiden Schieberegister 337 und 339 sind mit einem Differenzbildner 340 verbunden, dessen Ausgang an einem Multiplizierer 341 angeschlossen ist. In dem Multiplizierer 341 wird die Entfernungsdifferenz zweier aufeinanderfolgender Distanzmessungen mit dem Kehrwert der Periode des Startimpulsgenerators 332 multipliziert, so das am Ausgang des Multiplizierers 341 ein Maß für die Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug 11 und Objekt zur Verfügung steht. Selbstverständlich können die Ausgangswerte des Multiplizierers 341 über einen längeren Zeitraum aufsummiert und gemittelt werden, um so eine mittlere Annäherungsgeschwindigkeit zu erhalten. Die Annäherungs- geschwindigkeit kann in einer mit dem Ausgang des Multiplizierers 341 verbundenen Anzeigevorrichtung 342 sichtbar gemacht werden. Da die Periode des Startgenerators 332 konstant ist, ist bereits die Entfernungsdifferenz am Ausgang des Differenzbildners 340 ein Maß für die Annäherungsgeschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug 11 und Objekt, so daß bei entsprechender Eichung der Anzeigevorrichtung 342 auf den Multiplizierer 341 verzichtet werden kann.
  • Die beiden Ausgänge der Meßvorrichtung 312, und zwar einerseits der Ausgang des ersten Schieberegisters 337 und andererseits der Ausgang des Multiplizierers 341, sind mit der Auswerteschaltung 313 verbunden, und zwar jeweils mit einem Eingang eines mit einem Vorgabewert belegten Komparators 343 bzw. 344. Der Komparator 343 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn sein Eingangssignal, d.h. also die gemessene Entfernung zum Objekt, den Vorgabewert unterschreitet. Der Komparator 344 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn sein Eingangssignal, also die momentan gemessene Annäherungsgeschwindigkeit, einen Vorgabewert überschreitet. Die beiden Ausgangssignale der beiden Komparatoren 343, 344 sind als Auslösesignale dem Preventer 324 zugeführt, der seinerseits wiederum im Kraftfahrzeug 11 vorhandene, nicht dargestellte Schutzeinrichtungen - wie zu Fig. 2 beschrieben - aktiviert. Zweckmäßigerweise sind die Auslösesignale der Komparatoren 343, 344 mittels eines AND-Gliedes 345 UND-verknüpft, so daß der Preventer 324 erst dann gestartet wird, wenn eine Mindestdistanz unterschritten und eine max. Annäherungsgeschwindigkeit überschritten wird. Selbstverständlich ist auch eine ODER-Verknüpfung der Auslösesignale der Komparatoren 343 und 344 möglich.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So können die Sender-/Empfängereinrichtungen der Meßvorrichtung neben Ultraschall auch mit Radar oder Infrarot arbeiten.
  • Die Verwendung von Ultraschallsensoren läßt jedoch eine besonders kostengünstige Lösung zu.
  • Des weiteren kann eine Sender-/Empfängereinrichtung auch so am Kraftfahrzeug angeordnet werden, daß ihre Richtcharakteristik - wie in Fig. 1 strichliniert angedeutet ist - sich quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt. Hierdurch können bei seitlichen Kollisionen in gleicher Weise geeignete Schutzmaßnahmen für die Fahrzeuginsassen eingeleitet werden. Weiter besteht die Möglichkeit, eine Sender-/Empängereinrichtung in der Tür des Kraftfahrzeugs anzubringen, so daß mit Beginn der Türöffnung deren Erfassungsbereich für sich nähernde Objekte auf der zweiten Fahrspur der Fahrbahn liegt. Bei Erfassen eines Objektes kann damit z.B. das weitere Öffnen der Tür blockiert werden.
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Claims (6)

  1. Ansprüche 1. Vorrichtung zum Schutze von Kraftfahrzeug-Insassen bei Auffahrunfällen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine im oder am Kraftfahrzeug (11) angeordnete Meßvorrichtung (12;312), welche innerhalb eines vor und/oder hinter dem Kraftfahrzeug (11) liegenden Erfassungsbereiches den Abstand und/oder die Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (11) zu einem in den Entfernungsbereich eindringenden Objekt, wie Fremdfahrzeug, stehendes Hindernis u.dgl. mißt, und durch eine Auswerteschaltung (13;313) welche bei Unter- bzw. Überschreiten von Vorgabewerten des Abstandes und/oder der Relativgeschwindigkeit im Kraftfahrzeug (11) vorhandene Schutz- und/ oder Warneinrichtungen aktiviert oder auslöst.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Meßvorrichtung (12;312) eine an der Frontseite und/oder am Heck des Kraftfahrzeugs (11) angeordnete Sender-/Empfängereinrichtung (14,14';314) mit in Längsrichtung desw Kraftfahrzeugs (11) sich erstreckender Richtcharakteristik aufweist, die jeweils einen Wellenenergie aussendenden Sender (17;330) und einen am Objekt reflektierte Wellenenergie empfangenden Empfänger (18;330) aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Richtcharakteristiken einen solchen Öffnungswinkel aufweisen, daß ihre Hauptkeule nicht mehr als die Breite einer Fahrspur (28) einer zweispurigen Fahrbahn (27) abdeckt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Entfernungsbereich durch die Reichweite der Sender-/Empfängereinrichtung (14,14';314) festgelegt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Sender und Empfänger als Ultraschallsender (17) bzw.
    Ultraschallempfänger (18) ausgebildet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswerteschaltung (13;313) mindestens einen mit einem Vorgabewert belegten Komparator (23;343,344) aufweist, der ein Auslöse- oder Aktivierungssignal für die Schutz- und/oder Warneinrichtungen erzeugt.
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