JP3638523B2 - 自動車乗客保護システムのトリガ制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、自動車乗客保護システムのトリガを制御する方法に関する。
【０００２】
公知の自動車乗客保護システムには１つまたは複数の衝突センサが設けられており、このセンサの出力信号が安全上クリティカルな事故を識別するために評価される。事故形式には多数の可能性があるため、加速度信号を確実に評価することには大きなコストがかかる。このコストは、多段点火型乗客保護素子、例えば多段エアバッグ（事故の重大性に依存して２つまたはそれ以上の連続して点火すべき点火ピルを有する）を適時に制御する場合にはさらに増大する。このことは、使用されるマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサの計算能力の点で、通常は甘受できないような高価なハードウエアを必要とする。
【０００３】
さらにパッシブ型サポートシステムの所要の高速点火時間を保証することは困難である。すなわち評価計算を非常に短い時間インターバル内で終了することは困難である。さらに乗客保護システムを改善するため、法規則の側からも車輌製造業者の側からも正面衝突に対する新しいテスト状況が定義され、このテスト状況はパッシブ型サポートシステムのトリガを必要とする。正面衝突に対する現在通常のテスト状況は堅い壁への正面衝突、部分的に覆われた堅い障害物への衝突（オフセットテスト）または鋭角での衝突（角度テスト）、並びに部分的に覆われた変形可能障害物への衝突、すなわちＯＤＢテスト（オフセット変形可能バリア）である。
【０００４】
本発明の基本的課題は、良好な乗客保護機能を特徴とする自動車乗客保護システムのトリガ制御方法を提供することである。
【０００５】
この課題は請求項１に記載された構成によって解決される。
【０００７】
本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明の方法では、事故時に付加的に事故形式、例えば固い壁への正面衝突、または変形可能な障害物への衝突が検出される。事故形式を考慮することにより、トリガ判断のために内部で形成された信号を付加的に事故形式に依存して設定することができ、これによりこれによりそれぞれの事故発生さらに良好に適合してトリガ制御を行うことができる。
【０００９】
従ってトリガアルゴリズムは、識別された事故形式に依存して適合される。このことは種々様々な仕方で行うことができる。制御装置には異なるトリガアルゴリズムを設けることができ、このトリガアルゴリズムは個々の衝突形式に対して最適化されている。識別された衝突形式に依存して、このために設けられたトリガアルゴリズムが呼び出され、処理される。このトリガアルゴリズムはそれ自体公知の構造を有している。例えば、非常に大きな加速度が記録される「堅い障害物への正面衝突」形式に対しては、単純に加速度信号またはそこから導出されたパラメータが高い閾値と比較される。「変形可能な障害物への正面衝突」形成では、加速度信号またはそこから導出されたパラメータが比較的に低い閾値と比較され、付加的にさらに、どれだけの長さ加速度信号が所定の値を上回ったかという時間が考慮される。
【００１０】
しかし有利な実施例ではただ１つのトリガアルゴリズムだけが設けられる。このアルゴリズムは制御装置に記憶されており、そのパラメータ、例えば閾値の高さが識別された衝突形式に依存して変形される。このことは必要メモリスペースを低減する。さらに事故形式識別がまだ終了していなくてもトリガアルゴリズムの処理を直ちに、最初の事故識別の際に開始することができる。
【００１１】
有利な実施例では、中央加速度センサから出力された加速度信号が２重の観点で使用され、評価される。すなわち一方では事故形式識別のために、他方ではトリガアルゴリズムにより評価すべき加速度信号として使用され、評価される。前記中央加速度センサは中央の通常は前方空洞領域に配置された制御装置に設けられている。これにより付加的な他の場所でのセンサを必要としない。しかし１つまたは複数の付加的なセンサが他の場所に設けれていれば、これらの出力信号も付加的に（または専らそれだけ）事故形式識別のために、および／またはトリガアルゴリズムの処理の際に評価することができる。
【００１２】
センサ信号経過から一義的に所定の事故形式を推定できない場合には、有利には帰属値、とりわけ確率値（尤度値）が形成される。この値は、事故が所定の事故形式に所属する確率を反映する。一義的に割り当てられない場合には、複数の確率値を形成することもできる。例えば「堅い障害物への正面衝突（０゜）」に対して８０％、「堅い障害物への角度のある正面衝突」に対して２０％という具合である。このようなファジー値は、トリガアルゴリズムのファジー制御のために、例えばトリガアルゴリズムの処理の際に形成および／または評価された個々のパラメータを評価するための重み付け係数を形成するために使用することができる。重み付け係数は例えば、個々の事故形式に対して設定された重み付け値の間の中間値に、確率値に依存して調整することができる。
【００１３】
本発明は、２段または多段で点火可能な乗客保護システム、例えば２段式エアバッグでも有利に使用することができる。識別された事故形式ないしは検出された帰属値は、第１の点火段に対して設けられたトリガアルゴリズム部分でだけでなく、第２段に対して設けられたトリガアルゴリズム部分でも処理することができる。これにより、検出された事故形式が二重に使用されること、および信頼性のあるトリガ制御が、甘受できる計算コストの下と十分に短時間であることの下で保証される。
【００１４】
有利にはトリガアルゴリズムはモジュール形式で構成されている。ここで１つのモジュールは事故形式識別に作用し、別のモジュールは、瞬時の加速度またはこれから導出されたパラメータと比較するための比較値の形成に作用し、第３のモジュールは、これらパラメータの比較を実行する。このことによりすでに試験済みのトリガアルゴリズムを第２および第３のモジュールで使用することができ、これらのモジュールは第１のモジュールによってのみさらに付加的に制御される。同時にモジュールのパラメータを簡単かつ別個に異なる自動車形式、プラットフォーム等に適合することができる。
【００１５】
本発明により、一般的な衝突形式、例えば正面衝突、側面衝突、または後部追突を粗く分類できるだけではなく、１つの事故形式内でもさらに細かく分類することができる。すなわち例えば、「正面衝突」形式で「堅い障害物への正面衝突（角度０゜）」、「（場合により部分的に覆われた）柔らかい障害物への正面衝突」、「堅い障害物への部分的に覆われた正面衝突」、または「斜め衝突」にさらに細かく分類することができ、場合により存在する衝突の問題となる下位等級への所属の確率を求めることができる。
【００１６】
事故形式に依存して制御されるトリガアルゴリズムは、簡単に構成されたアルゴリズムとすることも、熟成されたアルゴリズムとすることもできる。アルゴリズムが簡単に構成されている場合には、検出された瞬時の、場合により前処理された加速度が閾値と比較される。熟成されたアルゴリズムでは、加速度センサ信号から導出されたパラメータが検出され、項が形成される。この項は所定の特性、例えば頭部位置の予測等を表すものであり、トリガ比較のために考慮すべきパラメータ、例えば閾値の設定の際に使用される。
【００１７】
本発明を以下、エアバッグおよびシートベルトテンショナーとして構成された乗客保護システムに基づいて、図面を参照して詳細に説明する。もちろん本発明は、他の構成の乗客保護システムでも使用することができる。
【００１８】
図１は、モジュール形式に構成されたトリガアルゴリズムのブロック回路図である。
【００１９】
図２は、事故形式識別の詳細図である。
【００２０】
図３は、トリガアルゴリズムの重み付け係数の影響を示す概略図である。
【００２１】
図４は、加速度に依存する信号および点火決定のために形成された閾値の経過を示す線図である。
【００２２】
図面には、乗客保護システムおよびトリガアルゴリズムを処理する中央制御装置は示されていない。これらの要素は従来の構造を有する。本発明のトリガアルゴリズムは図１では有利にはモジュール形式で構成されており、分類モジュール１，計算モジュール６および比較モジュール１０を有する。分類モジュール１はここでは正面衝突の際に事故形式を細かく分類するように構成されている。分類は、完全に覆われた固い壁への正面衝突、部分的に覆われた固い壁への正面衝突、堅い障害物への角度のある正面衝突、および変形可能な障害物への部分的に覆われた正面衝突の間で行われる。このような微細分類は他の衝突形式、例えば側面衝突でも行うことができる。衝突形式が異なる場合には、それぞれ測定された加速度に特徴的な経過が生じる。低速での固い壁への正面衝突ではトリガしないのが適切であるが、このような衝突では、高速での変形可能なバリアへの衝突（ＯＤＢ）の場合（この場合はトリガすべきである）よりも大きな加速度振幅が生じる。それぞれの自動車プラットフォームの機械的特性も比較的に大きな影響を中央制御装置で測定される加速度信号に及ぼす。しかしそれぞれの自動車形式に対しては相応のパラメータ整合によって補償することができる。
【００２３】
分類モジュール１では、既存の加速度信号、すなわち規則的に中央制御装置で形成された加速度信号から縦方向および場合により横方向でメルクマールが、所定の計算規則に従って形成される。この計算規則については図２に基づいてさらに詳細に説明する。付加的なセンサ、例えば事故早期識別センサが自動車のフロント領域に設けられている場合には、そのセンサの出力信号をメルクマール形成のために評価することができる。得られたメルクマールに基づいて、有利にはこれらのパラメータ結合によって瞬時の正面衝突状況の分類が行われる。すなわち、固い壁への正面衝突２（角度０゜）、所定の角度での衝突４、または変形可能なバリアへの衝突３が区別される。分類モジュール１は、一義的に分類できない場合には、有利には個々の事故形式について固定的な「イエス／ノー」判断を行うのではなく、分類可能な事故形式への確率値または帰属値を計算する。このことは図１に衝突形式２，３，４の間の重なりとして象徴的に示されている。
【００２４】
計算モジュール６は、中央制御装置で測定された加速度から以下、基準値７と称する値を計算する。この基準値は比較モジュール１０で１つまたは複数の閾値８と比較される。この閾値も同様に計算モジュール６で計算され、時間的に変化する、すなわちダイナミックな閾値である。ダイナミック閾値の計算は公知のトリガアルゴリズムに従って行われる。ここでは付加的な影響量として検出された事故形式を考慮することができる。同様に基準値は例えばローパスフィルタリング、および場合により測定された加速度の移動平均値形成により計算することができる。ここでは計算に必要なパラメータをアルゴリズムのキャリブレーションの間に車両形式特性に依存して調整することができる。基準値７または閾値８の計算の際に、付加的に重み付け係数を考慮することができる。この重み付け係数は分類モジュール１から既知の事故状況に依存して較正される。スケーリングはここでは、各事故状況および各重み付け係数ごとに別個に行うことができる。計算モジュール６では基準値７とダイナミック閾値８の計算の他に、衝突により引き起こされる運転者または乗客の頭部移動量９を前もって計算することができる。この頭部移動量はエアバッグの膨張時間後にそれぞれ予期される量である。
【００２５】
比較モジュール１０では、基準値７がダイナミック閾値８と比較され、決定ユニット１４では、シートベルトテンショナーシステム１１を点火すべきか否か、２段点火可能なエアバッグの第１段１２を点火すべきか否か、またはこのエアバッグの第２段１３を点火すべきか否かが決定される。
【００２６】
図４には基準値７とダイナミック閾値８’、８”の時間経過が正面衝突の場合で示されている。１段でだけ点火可能な乗客保護要素を制御すべき場合には、閾値８’だけが計算される。図４から分かるように、閾値８’、８”は加速度計化に依存してダイナミックに変化する。時点２７で基準値７は閾値８’を下回る。そして時点２８で乗客保護要素の第１段が点火される。第２段は図示の実施例では点火されない。なぜなら閾値８”を下回っていないからである。
【００２７】
一般的に乗客保護要素のガス発生器の第２段を点火するためのトリガ決定は様々なやり方で行うことができる。１つには図４に示すように、基準値７をダイナミック閾値８”と比較することである。このダイナミック閾値は、第１段をトリガするために算出された閾値８’と同じように検出される。そかしこのダイナミック閾値８”はこのために較正された固有のパラメータにより計算される。論理結合によりここで、第２段は第１段のトリガ後に初めてアクティブ化することができる。場合によっては、使用される発生器構造に依存して調整可能な遅延時間の後に初めてアクティブ化することができる。択一的に、第２段の点火のために別個のアルゴリズムを設けることができ、このアルゴリズムは専ら事故の重大性を分析するために最適化されている。このアルゴリズムの計算は例えば第１段の点火によって初めてスタートする。ここで分類モジュール１の分類結果は、このアルゴリズム、ひいては第２段をトリガするための閾値８”の計算に取り入れられる。択一的に第２段に対する別個のアルゴリズムの計算を、第１段の点火の前にすでに開始することができる。ただしこれは、この時点で存在する情報がこのアルゴリズムにとって必要な場合である。
【００２８】
以下、分類モジュール１の作用機序を図１，２，３に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、分類モジュールは衝突形式２，３，４を区別し、ステップ５においてパラメータの選択または調整を行う。このパラメータはたとえば重み付け係数であり、これは計算モジュール６で使用される。分類モジュール１ではまず、図２に従い第１の計算ステップ１５で事故を特徴付けるメルクマール１６〜１９が検出される。これらのメルクマールは、測定され、積分された加速度、すなわち実際の速度変化からオフセット値を減算したもの（メルクマール１６）；自動車の長手方向に対する角度変化を求めるために検出された角度加速度が１回、または２回積分された角度積分値（メルクマール１７）；加速度信号にプラトー状の経過が存在するか否かという検査（メルクマール１８）（このプラトー状の経過は、変形可能な障害物への衝突に対して特徴的である）；および／または加速度信号がダイナミックに変化するか否かの検査（メルクマール１９）である。第１の計算ステップ１５で、全てのメルクマール１６〜１９をそれぞれ平行して検査する必要はない。しかし場合により、さらに別の特徴的メルクマールを検査し評価することができる。
【００２９】
第２の計算ステップ２０では、第１の計算ステップ１５で検出されたパラメータ（メルクマール１６〜１９の値）がその瞬時の大きさの点で、概略的に図示された評価曲線２１〜２４により評価される。これらの評価曲線では、横軸にそれぞれ所属のメルクマールの検出された大きさが配属されており、縦軸に例えば０から１の間で変化する出力値が示されている。検出された事故形式に対して特に特徴的な値はグラフにそれぞれ破線で示されている。メルクマールがこの大きさ、またはこれから僅かに異なる大きさを有する場合に、最大出力値、例えば「１」が出力される。メルクマールの大きさが大きく離れていれば、出力値として「０」が出力される。評価はここでは斜めの移行により示されており、これによりメルクマールパラメータ値（これも明りょうに中央値の場合はこれから大きく離れている）が中間値により出力評価として評価される。この出力評価は最大値と最小値の間、例えば１と０の間で変化することができ、中央値からの間隔に応じて、例えば値０．９，０．７，０．１、またはそれらの間の値を取ることができる。第２の計算ステップ２０で、評価の際に曲線２１〜２４によって得られた出力値が事故形式の識別のために、ないし事故形式が一義的に分類できない場合にはそれぞれの事故形式の確率を検出するために、図示のように結合される。例えば評価曲線２１から得られた出力値が有意に正面衝突を指示しないが、しかし明らかにゼロ以上の値を有する場合、そして評価曲線２２により得られた出力値が明りょうにはオフセット衝突を指示せず、最小値と最大値との間の値を有する場合、２つの出力値の差し引きにより確率が推定され、この確率により正面衝突または堅い障害物へのオフセット衝突を取り扱うことができる。同様に、評価曲線２３と２４により得られた出力値に基づいて、ＯＤＢクラッシュであるか否か、またどのような確率でＯＤＢクラッシュであるかが検出される。
【００３０】
第３の計算ステップ２５では、個々の衝突形式２，３，４に対してそれぞれ帰属値、すなわち確率値が設定されるか、またはすでに第２の計算ステップ２０で完全に形成されている場合には、出力量として出力される。例えば出力される結果は、「０゜の正面衝突に対する確率７０％」、そして「オフセット衝突に対する確率３０％」である。
【００３１】
図３には、分類モジュール１と計算モジュール６との間の移行領域が示されている。ここで図３には計算ステップ２５が再度示されている。第３の計算ステップ２５には、分類モジュール１の第４の計算ステップ２６が続いており、この第４の計算ステップで重み付け係数の大きさが識別された事故形式ないしは確率値に依存して設定される。計算ステップ２６に示されたテーブルには個々のパラメータがリストアップされており、これらのパラメータは内部量を計算するために用いられる。この内部量に基づいて結合により閾値、例えば既知８’が設定される。図示のテーブルには、個々の列に左から右へ次のパラメータがリストアップされている：「共通部分」（例えばこれを上回るときに常に点火すべき閾値）、「平均加速度」、「ダイナミック項」（加速度のダイナミック経過を表す）、そして「エネルギー」である。他のまたはさらなるパラメータを設けることもできる。第１の数値行には個々のパラメータに対して予調整された数値がプロットされている。その下の行は形式識別「堅い障害物に対する純粋な正面衝突０％」に対して設けられており、何パーセントだけ設定値を変化すべきかが指示されている。図示の例では正面衝突に対する設定値は最適化されているから、この場合減少は行われず、従って減少に対する重み付け係数はそれぞれ０．００である。その下の行は識別された純粋なＯＤＢクラッシュに対する重み付け係数に対するものである。ここでは例えば共通部分、すなわち最大閾値が５０％（−０．５０）だけ減少される。すなわち３．７５０に低減される。このことは、柔らかい障害物への衝突の際には、最大で発生する加速度が堅い障害物への正面衝突の場合よりも格段に小さくなるという事実を勘案している。
【００３２】
計算ステップ２６のテーブルの最下行には、識別された純粋なオフセット衝突に対する重み付け係数が示されている。この場合、例えば共通部分は３５％だけ低減される（−０．３５）。しかしクラッシュ識別の際に所定の事故形式に対して１００％の配属が検出されず、前の例のように、堅い障害物への正面衝突に対して７０％の確率が、オフセット衝突に対して３０％の確率が生じれば、この事故形式に対してそれぞれ設けられた重み付け値が相応の比で計算され、重み付け係数に対する中間値が形成される。この例では、新たな重み付け係数として（７０％・０．００＋０％・−０．５＋３０％・−０．３５＝−０．１０５）が得られる。従って共通部分は１０．５％だけ７．５００の設定値に対し低減される。さらなるパラメータに対して相応に重み付け係数が形成される。この重み付け係数は確率比に相応して平均化され、テーブルにそれぞれプロットされた重み付け係数の間の値となる。個々の事故形式に対して別の確率比が存在する場合には、重み付け係数はそこから得られる確率比に相応して前に説明した例と同様に変形される。
【００３３】
このことによりある程度の「ファジー」処理が得られる。なぜなら、固定的な論理値「０」と「１」によってではなく、場合によっては無段階で変化する中間値により処理することができるからである。
【００３４】
従って分類モジュール１は事故分析の結果として、瞬時の事故が相応の衝突形式に所属する確率度を送出するか、および／または相応の重み付け係数を、後者の関数が分類モジュール１で実行されるか、または計算モジュール６で実行されるかに応じて調整する。このことにより衝突が可能な衝突形式の１つにしっかりと分類されるのではなく、どの程度の確率でその衝突形式とすることができるかが示される。なぜなら重なり合うことができるからである（ＯＤＢテストは例えばオフセット衝突に対する類似性を示す）。分類モジュール１では相応のプログラム計算が、第１の計算ステップ１５に基づいて説明したメルクマール１６〜１９、および場合によりさらなるメルクマールを形成するために実行される。これらのメルクマールは次にすでに説明したように結合され、「ファジー化」される。すなわち確率値と結合される。
【００３５】
自動車プラットフォームが異なっていても、加速度経過の曲線形状の点である程度の類似性が上に述べた衝突実験の際に示されるから、基本較正を行うことができる。この基本較正は実際のプラットフォーム形式に応じて僅かだけ、そして部分的に適合される。例えばこれは図３に示された個々の衝突形式の設定値および／または重み付け係数の変化により行われる。
【００３６】
分類モジュール１による衝突分類の結果は、別のモジュール６、１０、および場合によりさらに別のモジュール全てのおいて、並びに閾値計算の際に使用される。例えばシートベルトを着用した乗客に対する閾値計算、着用しない乗客に対する閾値計算、並びに場合によりさらなる段の点火につながる衝突の重大性についての決定が分類モジュール１の結果に基づいて実行される。従って衝突の重大性を決定するこのモジュール部分に対して、別のパラメータは計算のために必要ない。これにより多段サポート手段の制御も容易になり、このために必要な計算コストおよび時間コストも低減される。従って適時の決定が、許容し得るハードウエア要求の下で保証される。
【００３７】
衝突形式の分析および分類は基本的な一般量であり、この量は「点火／非点火」を決定するためのさらなる計算の基礎として、並びに衝突の重大性を分析するための基礎として用いられる。
【００３８】
ここでは場合により付加的に自動車に設けられた事故センサ、例えばフロント領域の「早期クラッシュ」センサの情報を簡単に既存のシステムに組み込むことができる。ここでトリガ決定は選択的に、このような付加的センサから発生し、場合により信号前処理された情報に依存して、または中央加速度センサがただ１つの場合は中央制御装置で特別に計算され、適合されたパラメータに基づいて行うことができる。トリガ閾値、例えば閾値８’と８”の形成は、それぞれのセンサおよびその加速度信号に基づいてここでは簡単かつフレキシブルにパラメータ化することができる。このような容易なパラメータ化と較正が、分類モジュール１と計算モジュール６とに分割する利点である。なぜならこれらのアルゴリズムモジュールはそれぞれ十分に相互に依存しないで較正することができるからである。ここでそれぞれのモジュールに対して調整可能なパラメータの数は比較的小さく、分かり易い。さらに一方のモジュールから他方のモジュールへのフィードバックおよび交互作用がそれぞれのパラメータ調整の際に存在しないから、パラメータ化は非常に簡単にかつ確実に実行できる。トリガアルゴリズムのモジュール構造によりさらに、効率的でそれぞれの適用に適合したハードウエア実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、モジュール形式に構成されたトリガアルゴリズムのブロック回路図である。
【図２】 図２は、事故形式識別の詳細図である。
【図３】 図３は、トリガアルゴリズムの重み付け係数の影響を示す概略図である。
【図４】 図４は、加速度に依存する信号および点火決定のために形成された閾値の経過を示す線図である。

Claims (5)

1. 自動車乗客保護システムの１つまたは複数の乗客保護要素のトリガを衝突の際に制御する方法であって、
   １つまたは複数の事故センサと、
   前記１つまたは複数の事故センサの出力信号をトリガアルゴリズムに従って評価し乗客保護要素を点火する制御装置とを有する形式の方法において、
   第１のステップにて、トリガアルゴリズムの衝突形式分類部分（１）により、１つまたは複数の事故センサの１つまたは複数の出力信号から、少なくとも２つの衝突形式に対する帰属値を形成し、該帰属値の値は、目下の瞬時の衝突のそのつどの衝突形式への分類精度に依存して可変であり、
   第２のステップにて、検出された目下の瞬時の加速度に依存する基準値（７）および／または該基準値と比較可能な閾値（８’、８”）などのトリガアルゴリズムパラメータが、および／またはトリガアルゴリズムが、衝突形式の識別結果に依存して適応化され、
   第３のステップにて、前記基準値（７）は、１つまたは複数の閾値（８’、８”）と比較され、この場合乗客保護要素を点火するための決定は、当該比較結果に依存して下されることを特徴とするトリガ制御方法。
2. 帰属値は、０％から１００％の間の多数の中間値をとることができる、請求項１記載の方法。
3. 求められた帰属値に依存して重み付け係数を形成し、
   該重み付け係数によりトリガアルゴリズムに含まれる設定値を、基準値および／または１つまたは複数の閾値を計算するために重み付けする、請求項１または２記載の方法。
4. 事故センサは中央加速度センサであり、
   該中央加速度センサの出力信号を制御装置により、事故形式の分類のためだけでなく、基準値および１つまたは複数の閾値を形成するために評価する、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 中央センサに加えて、位置の移動されたセンサが設けられており、
   該センサの出力信号を制御装置により、事故形式の分類のためだけでなく、基準値および１つまたは複数の閾値を形成するために評価する、請求項１から４いずれか１項記載の方法。

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