DE4116336C1 - Passive safety device release assembly for motor vehicle occupant - has acceleration pick=ups with sensitivity axes directed to detect angle of frontal impact and supplying evaluating circuit - Google Patents

Passive safety device release assembly for motor vehicle occupant - has acceleration pick=ups with sensitivity axes directed to detect angle of frontal impact and supplying evaluating circuit

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung, für Fahrzeuginsassen, die im Falle eines Aufpralls ausgelöst wird, mit mindestens zwei Beschleunigungsaufnehmern, deren Empfindlichkeitsachsen zur Erfassung eines Winkels eines Frontalaufpralls ausgerichtet sind und jeweils einem Signalkanal zugeordnet sind, der in Serie mit dem jeweiligen Beschleunigungs-Aufnehmer eine Auswerteschaltung, insbesondere eine Integratorschaltung für dessen Ausgangssignale und eine Schwellwertschaltung aufweist.
Eine solche Einrichtung ist Gegenstand des deutschen Patentes 38 16 587. Bei dieser Einrichtung werden die Signale zweier Beschleunigungsaufnehmer mit cos ϕ-Charakteristik, die in einem Winkel von +ϕ und -ϕ symmetrisch zur Fahrtrichtung im Fahrzeug in dessen Frontbereich montiert sind, bewertet. Die Auswertung erfolgt dabei so, daß dabei auch solche Kollisionen erfaßt werden, die zur Fahrtrichtung einen gewissen Winkel aufweisen (Winkel ϕ).
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer zuverlässigen Auslöseeinrichtung in einer passiven Sicherheitseinrichtung, die eine hohe Anpassungsfähigkeit an jeden Fahrzeugtyp aufweist, insbesondere eine erweiterbare Auslöselogik, die es ermöglicht, mehr Parameter als bisher zu erfassen und zu berücksichtigen.
Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 enthalten. Aus- und Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche. Die Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen folgt im einzelnen.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß sowohl der physikalische Signalverlauf von mindestens zwei ausgerichteten Beschleunigungsaufnehmern als auch die Geschichte des Aufpralls (zeitlicher Verlauf) in die Bewertung eines Frontalaufpralls einschließlich eines Aufpralls schräg von vorne innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs eingezogen wird, d. h. die Auslösesicherheit zu einem bestimmten Zeitpunkt wird ebenso erhöht, wie die Sicherheit, nur ganz bestimmte Aufprallarten für eine Auslösung des passiven Schutzsystems heranzuziehen.
Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß Parameter in die Bewertung der erfindungsgemäßen Auslöselogik einbezogen werden, die ansonsten Störfaktoren darstellen können wie:
Fahrzeugrahmenstruktur (schwach, nachgiebig),
brechende Streben und Säulen im Fahrzeug,
knitterndes Blech der Fahrzeugkarosserie,
schlagendes Gestänge am Fahrzeug,
absichtlich oder unabsichtlich bei einem Aufprall bewegliche Bauteile, wie Stoßstange, Lenksäule, Motorblock usw.
Besonders kritische der genannten Fälle können als zusätzliche Beschleunigungsverursacher zu Fehlauslösungen eines Sicherheitssystems und damit zu Verletzungen von Passagieren führen.
Die vorliegende Erfindung bezieht auch Merkmale ein, die in der deutschen Patentschrift 37 33 837, beschreibend die kugelsymmetrische Charakteristik zweier Beschleunigungsaufnehmer, vorzugsweise von vier Beschleunigungsaufnehmern symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse und in einer Ebene, sowie in der deutschen Patentschrift 38 16 588, beschreibend eine Auslösevorrichtung mit variablen Schwellen und eine Steuervorrichtung zum Absenken und Anheben derselben veröffentlicht worden sind. Der wesentliche Vorteil, der sich hieraus ergibt, ist der, daß die Aufprallgeschichte oder der zeitliche Ablauf des Zusammenstoßes berücksichtigt werden kann, indem einzelne Faktoren miteinander verknüpft und die Integrationskonstanten hierdurch verändert werden können. Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß mit Hilfe dieser einzelnen (Korrektur-)Faktoren die Empfindlichkeit der Aufnehmer über einen breiteren Winkelbereich - hier gegen 180° - nahezu vollständig hergestellt bzw. ausgenutzt werden kann. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Auslöselogik ist bis 100% ausnutzbar, z. B. bei einer Frontalaufprallrichtung genau entgegen der Fahrtrichtung, bei einem Seitenaufprall genau 90° zur Fahrtrichtung und bei einem Winkel von + oder -45° zur Fahrtrichtung, aber auch bei allen Aufprallrichtungen zwischen den oben genannten Winkeln. Dabei besteht die Möglichkeit, in dem Empfindlichkeitsbereich des Winkels zwischen 45° und 90° der Aufnehmer über die Einstellung mehrerer Schwellen (-i₂) auch in diesem schrägen Winkelaufprallbereich bis hin zum direkten Seitenaufprall (y-Achse in Fig. 5) die Crashgeschichte über den physikalischen Signalverlauf mit der Winkelerkennung in der Auslöselogik zu bewerten.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den die Crashgeschichte repräsentierenden Logikbaustein innerhalb der Gesamtschaltung,
Fig. 2 die physikalische Signalbewertung im einzelnen und die Berücksichtigung einzelner Faktoren und ihre Verknüpfung,
Fig. 3 in graphischer Darstellung den Auslösealgorithmus und eine Definition der Auslösesicherheit anhand zweier Kriterien,
Fig. 4 eine Definition der Sicherheit für die Schwellwertumschaltung für die drei Fälle: Schwellen erhöhen, Schwellen absenken und Schwellen unverändert lassen durch gesteuerten Eingriff von einer nicht dargestellten, an sich bekannten Steuereinrichtung,
Fig. 5 ein Fahrzeug im Koordinatensystem, wobei die x-Achse die Bewegungsrichtung darstellt und hierzu unter einem Winkel von +ϕ und -ϕ ein erster und ein zweiter Aufnehmer, z. B. unter 45°, in der gleichen Ebene im Fahrzeug angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Einrichtung stellt sich wie folgt dar:
Die Crashsignal-Beurteilung ist in mehrere Teilbereiche unterteilt, die in ihrem Zusammenwirken die physikalische Signalbewertung beeinflussen.
Bei der physikalischen Signalbewertung wird mit Geschwindigkeits- und Wegintegralen, sowie Schwellen und Rücksetzbedingungen der von der Kopfvorverlagerung des Fahrers und Beifahrers abhängige Auslösezeitpunkt ermittelt und ein sicheres Auslösesignal von der Schaltung ausgegeben.
Die Crashsignal-Beurteilung ist in sieben voneinander unabhängige Teilbereiche untergliedert:
Winkelbetrachtung,
Kanalbetrachtung bezüglich Schwelle (Ein-Kanal),
Kanalbetrachtung bezüglich Schwelle und positiver g-Flanke (Ein-Kanal),
Kanalbetrachtung bezüglich Schwelle und positiver g-Flanke (Zwei-Kanal),
Kanalbetrachtung bezüglich positiver und negativer g-Flanke (Ein-Kanal),
Erkennung Vorzeichenänderung (Ein-Kanal) und
Erkennung reduziertes Beschleunigungssignal.
In einem variablen, gleitenden Zeitintervall von t wird jeweils die Crashrichtung bestimmt.
Das Zeitfenster wird aktiv, wenn ein Winkel zwischen -45° und +45° gemessen wird, und bleibt solange aktiv, bis entweder ein Winkel außerhalb des Meßbereichs ermittelt wird oder 2× t (Zeitfenster) abgelaufen ist.
Die errechneten Werte werden nach Erfüllen der Kriterien jeweils zurückgesetzt.
Es wird ausschließlich der Winkel aus dem Verhältnis der g-Signale zwischen den zwei Aufnehmern m1 (links) und m0 (rechts) ermittelt und zur Bewertung herangezogen.
Die Winkelbestimmung erfolgt von m1 ausgehend im Uhrzeigersinn (Rechtssystem):
tan α = m0/m1 0° < α < 45° (1)
(α = arctan mO/ml)
Für Winkel <45° wird der Kehrwert des Verhältnisses aus (1) ermittelt:
tan α = M1/m0 45° ≧ α < 90° (2)
Daraus ergibt sich ein Wertebereich von:
  • (1) 0° bis 45°: tan α = 0-1
  • (2) 45° bis 90°: l/tan α = 1-0
Dieses Ergebnis wird zur Berechnung der Integrationsvariablen herangezogen.
Bei der Berechnung wird die Bremsverzögerung durch Beschleunigungsaufnahme berücksichtigt, um eine frühzeitige Änderung der Integrationsvariablen zu unterdrücken.
Die Folge der Winkelbetrachtung mit ihrer Bewertung ist die Erhöhung der Aufnehmerempfindlichkeit auf etwa 100% bei Frontalaufprällen von vorne, die aufgrund der Aufnehmeranordnung sonst nur mit ca. 70% der Signalamplitude erkannt würden.
Um diese Empfindlichkeit der Aufnehmeranordnung zu erhalten, werden folgende Faktoren eingeführt:
if1: Integrationsfaktor der Winkelbestimmung,
if2: Integrationsfaktor der positiven Flankenbewertung mit Koppelung beider Kanäle (Schwelle),
if3: Integrationsfaktor des Zählers der Schwellenüberschreitung,
if 4.0/if 4.1: Integrationsfaktor der positiven Flankenbewertung mit Entkoppelung beider Kanäle (Schwelle),
Reduz 1: Reduzierung der Integrationsfaktoren durch Nulldurchgang,
Reduz 2: Reduzierung der Integrationsfaktoren durch Signalabfall,
integ 0, integ 1: Integrationsfaktoren, die letztendlich auf die V-Integration der einzelnen Kanäle (m0, m1) wirken.
Diese Faktoren erscheinen in den Zeichnungen wieder. Es ist dabei dargestellt in Fig. 1 je ein Aufnehmer m0 und ein Aufnehmer m1, denen jeweils ein Kanal 0 und ein Kanal 1 rechts bzw. links zugeordnet sind. Diesen Beschleunigungsaufnehmern sind jeweils Verstärker OA und Filter FL sowie Schwellwertglieder SW nachgeschaltet. Die Signale aus dem Kanal 0 von dem Aufnehmer m0 und die Signale aus dem Kanal 1 von dem Aufnehmer m1 werden logisch verknüpft in der Logikschaltung LOG. Diese Logik hat zwei Ausgänge 0 und 1, die ihrerseits verbunden sind mit jeweils einem Bandfilter BF und einem Schwellwertglied für den Schwellwert a2.
Bandfilter und Schwellwertglieder für a2 sind untereinander verknüpft und über einen weiteren Verzweigungspunkt mit einem Integrator für S1 und dessen Filter F1 sowie einem Korrekturglied K1 verknüpft. Die weitere Verknüpfung mit Signalkomparatoren für i1 und i2 sowie die ODER-Schaltung und eventuelle Auslösung am Schluß läßt sich ohne weiteres aus Fig. 1 rechts entnehmen.
In Fig. 2 ist die Bewertungslogik LOG aus Fig. 1 nochmals im Detail dargestellt, wobei links die Signale m0 und m1 von den Aufnehmern kommen und rechts die Ausgänge LOG 0 und 1 angedruckt sind. In Fig. 2 veranschaulicht 3 eine Winkelbewertung im Koordinatensystem nach Fig. 5 mit zusätzlicher Zeitbewertung und 4 die Beschleunigungsbewertung abzüglich einer vorgegebenen Verzögerungszeit und 5 stellt einen Zähler dar, der die Zahl der aufgetretenen Verzögerungen erfaßt. Die Bausteine 3 bis 5 der Logikschaltung dienen zur Gewinnung der Integrationsfaktoren if 1 bis if 3. Diese werden dann in einem Multiplikator 6 zusammengeführt und multipliziert, wobei von einem Steuerglied 7 noch eine Zusatzgröße einem Summationspunkt 8 zuführbar ist. Die Bausteine für die Faktoren if 4.0 und if 4.1 als Integrationsfaktoren der positiven Flankenbewertung mit Entkoppelung beider Kanäle (Schwellen) erfolgt im Baustein 9. In den Bausteinen 10, 11 und 12 erfolgt die Gewinnung der Duplizierungsfaktoren zur physikalischen Signalbewertung. Dabei berücksichtigt der Baustein 10 die Beschleunigung g über eine vorgegebene Zeit.
Im Baustein 11 wird zur Gewinnung des Reduzierungsfaktors Reduz 1 der Nulldurchgang der Beschleunigungssignale in Relation zu einem bestimmten Zeitabschnitt gewichtet und in dem Baustein 12 erfolgt eine Signalreduzierung zwischen der Zeit t und t+1 durch Signalabfall.
Die Reduzierung der einzelnen Faktoren erfolgt dann in dem Differenzierglied 13, welches seinerseits mit einem Integrationsglied 14 und einem Integrationsglied 15 verbunden ist. Außerdem ist ein Reset 16 in Fig. 2 rechts ersichtlich, das mit Ausgängen der Bausteine 10 und 11 zum Rücksetzen des Zählers 5 und des Winkelbewertungsgliedes 3 verbunden ist.
Die Fig. 3 und 4 sind nach vorstehendem bereits verständlich und dem Fachmann ist ihre Bedeutung aus der Zeichnung klar. Das gleiche gilt für die Fig. 5.
Funktionsweise Kanalbetrachtung (Ein-Kanal)
Die Bewertung ermittelt, ob einer oder beide Beschleunigungswerte m0 oder m1 in einer nicht definierten Zeit mit einer gewissen Häufigkeit eine positive Schwelle überschreiten. Ist dies der Fall, so wird die Integrationsvariable mit dem Faktor if3 multipliziert.
Kanalbetrachtung (Ein-Kanal-Korrelation)
Diese Bewertung tritt in Kraft, wenn der Beschleunigungswert eines Kanales eine einstellbare Schwelle überschreitet und dabei noch über eine gewisse Flankensteilheit verfügt. Sind diese Bedingungen erfüllt, wird die Integrationsvariable mit den Faktoren if 4.0, if 4.1 multipliziert. Bei dieser Betrachtung wird keinerlei Zeitbewertung berücksichtigt.
Kanalbetrachtung (Zwei-Kanal)
Diese Bewertung tritt in Kraft, wenn beide Beschleunigungswerte m0 oder m1 eine einstellbare Schwelle überschreiten und dabei auch noch über eine gewisse Flankensteilheit verfügen. Sind diese Bedingungen erfüllt, wird die Integrationsvariable mit dem Faktor if 2 multipliziert. Bei dieser Betrachtung wird keinerlei Zeitbewertung berücksichtigt.
Flankenbewertung (Ein-Kanal)
Diese Bewertung verarbeitet die Beschleunigungswerte m0 und m1 einzeln und wird zur Rücksetzung der Integrationsvariablen und der Zähler benutzt. Weist das Beschleunigungssignal m0 oder m1 eine positive oder negative Steigung auf, die kleiner als der Vergleichswert ist, wird die Integration angehalten (Integrationsfaktor=0); zugleich wird der Zähler für die Kanalbetrachtung (Ein-Kanal) als auch der Startpunkt für das Zeitfenster Δt der Winkelbetrachtung zurückgesetzt.
Erkennung Vorzeichenänderung (Ein-Kanal)
Diese Bewertung tritt in Kraft, wenn über einen einstellbaren Bereich eine Vorzeichenänderung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Beschleunigungswerten festgestellt wird. Wird dieser Vorzeichenwechsel festgestellt, werden die Integrationsvariablen für den jeweiligen Kanal reduziert (Reduz 1).
Erkennung reduziertes Beschleunigungssignal (Ein-Kanal)
Diese Bewertung tritt in Kraft, wenn ein Beschleunigungswert gegenüber dem vorangehenden Wert um einen einstellbaren Faktor geringer ist. Wird diese Reduzierung festgestellt, werden die Integrationsvariablen für den jeweiligen Kanal reduziert (Reduz 2).
Physikalische Signal-Bewertung
Die physikalische Bewertung besteht im wesentlichen aus der Integration von Geschwindigkeit (v) und Weg (s). Zur weiteren Beurteilung eines Crashs werden die Integrale, nach Addierung einer festen Schwelle, gegeneinander verglichen und ausgewertet.
Geschwindigkeitsintegral [v aus der Minus-Beschleunigung in g (Erd-)]
Das v-Integral integriert sämtliche g-Werte, deren Flanke eine gewisse Steilheit in positiver sowie negativer Richtung besitzen. Die Integration wird durch den bei der Signalbetrachtung ermittelten Integrationsfaktor auf- oder abgewertet. Die Rückstellung des Integrals erfolgt bei Eingangssignalen eines definierten Beschleunigungsbereichs aS. Innerhalb dieses Bereiches wirkt der Integrationsfaktor beschleunigend auf die Rücksetzung. Das Geschwindigkeitsintegral hat keinerlei maximale oder minimale Grenzwerte, die eine weitere Rücksetzung verursachen.
Wegintegral
Das s-Integral summiert sämtliche v-Werte, die während des Ablaufs angeboten werden. Das Integral wird kontinuierlich reduziert. Mit der Vorgabe des v-Integrals ist somit eine Rücksetzung automatisch jederzeit gegeben. Bei Erreichen des Maximal- bzw. Minimalwertes wird dem Integral eine weitere Reduzierung beaufschlagt; wird ein unterer Grenzwert wieder unterschritten, wird diese weitere Reduzierung wieder abgeschwächt. Für das Geschwindigkeits- sowie für das Wegintegral gilt derselbe Schutz wie bei der physikalischen Signal-Bewertung.
Auslösesignal
Das Geschwindigkeitsintegral wird mit der Summe, welche sich aus einer Konstanten und dem bewertetem Wegintegral (=der Schwellenverschiebung, welche sich in kleine Raster unterteilt) zusammensetzt, verglichen und bildet beim Überschreiten dieser Summe das Auslösesignal. Dieses Auslösesignal wird für beide Kanäle getrennt gebildet. Zur Auslösung jedoch kommt es nur bei der entsprechenden Korrelation der beiden Kanäle (Unter- bzw. Überschreiten bestimmter maximaler und minimaler Grenzwerte).
Die Anwendung der Erfindung ist bei Sicherheitssystemen, wie passiven Rückhaltesystemen in Fahrzeugen, besonders gut geeignet zur Auslösung einer Schutzvorrichtung, wie Gassack (Airbag), Gurtstrammer, Überrollsicherheitsbügel und anderer ähnlicher Systeme. Dabei kann z. B. ein Gassack für den Fahrer, ein Gassack für den Beifahrer auf den Frontsitzen, vorgesehen und ausgelöst werden, wenn die Bewertung mit der erfindungsgemäßen Auslöselogik dies zuläßt. Zusätzlich können Gurtstrammer sowohl für Passagiere auf Frontsitzen als auch auf Rücksitzen aktiviert werden oder ähnliche Systeme. Ebenso können seitlich angeordnete Gassäcke z. B. in den Türen eines Fahrzeugs oder am Dach an der Innenseite im Frontbereich nahe der Frontscheibe ausgelöst werden, um z. B. einen zusätzlichen Kopfschutz und/oder Überrollschutz zu bieten. Außerdem können Sicherheitssysteme und Systemkomponenten gleicher oder ähnlicher Art für andere Körperteile, wie für den Knie- oder Beinschutz oder für den Armschutz vorgesehen werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen, die im Falle eines Aufpralls ausgelöst wird, mit mindestens zwei Beschleunigungsaufnehmern, deren Empfindlichkeitsachsen zur Erfassung eines Winkels eines Frontalaufpralls ausgerichtet sind und jeweils einem Signalkanal zugeordnet sind, der in Serie mit dem jeweiligen Beschleunigungsaufnehmer eine Auswerteschaltung, insbesondere eine Integratorschaltung, für dessen Ausgangssignale und eine Schwellwertschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Auslöselogik bei der Bildung des Geschwindigkeitsintegrals mittels mehrerer Komponenten in einem Logikbaustein (LOG) der physikalische Signalverlauf und der Verlauf der Signalflanken ausgewertet wird über dem zeitlichen Verlauf des Aufpralls, um Faktoren zu gewinnen, die die Integrationskonstante der Integratoren (14 und 15) (durch Multiplikation und Reduzierung) im Sinne einer Vergrößerung des auswertbaren Bereiches verändern.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die variable Auslöseschwelle aus einer Konstanten und einer Variablen (aufbereitetes Wegintegral) zusammensetzt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationskonstante vom Aufprallwinkel des Fahrzeuges bezüglich eines Hindernisses abhängig ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Geschwindigkeitsintegrals nur Beschleunigungswerte ausgewertet werden, die eine definierte Anstiegssteilheit überschreiten.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Wegintegrals variable Integrationskonstanten verwendet werden.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Integrationskonstante auch das Beschleunigungssignal mit einem Faktor beaufschlagt und somit variiert wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufprallwinkel α, der sich auf die Integrationszeitkonstante auswirkt, nicht mit der Tangens-Winkelfunktion, sondern mit einer anderen Winkelfunktion bestimmt wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Aufprallwinkels α ein Beschleunigungssignal-Zeitfenster bestimmter Länge herangezogen wird.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Integrationskonstante eine Kombination aus Schwellen und Flankensteilheit berücksichtigt wird.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Integrationskonstante das Verhältnis aufeinanderfolgender Meßwerte berücksichtigt wird.
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