DaimlerChrysler AG
Präventiv wirkendes Schutzsystem in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein präventiv wirkendes Schutzsystem in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentan¬ spruchs 1.
Schutzsysteme, die bereits vor einer möglichen Kollision prä¬ ventiv wirksam sind und eine so genannte Pre-Crash-Phase, d. h. einen Zeitraum ab Erkennen einer hohen Kollisionswahr¬ scheinlichkeit durch entsprechende Detektionssysteme in dem Fahrzeug bis zum eigentlichen Aufprall dazu nutzen, den In¬ sassenschutz durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zu erwei¬ tern und so die Unfallschwere zu mindern, werden als präven¬ tiv wirkende Schutzsysteme oder so genannte PRE-SAFE™-Systeme bezeichnet. Präventiv wirkende Schutzsysteme nutzen zur Er¬ kennung möglicher Unfallsituationen Informationen, die von verschiedenen Sensoreinrichtungen des Kraftfahrzeuges bereit¬ gestellt werden. Die Sensoreinrichtungen können dabei auch Bestandteil eines elektronischen Fahrstabilisierungsprogramms und/oder Bestandteil eines Abstandssensorsystems sein. In Ab¬ hängigkeit von der erkannten Situation werden dann Rück¬ schlüsse auf eine mögliche Verunfallung gezogen und entspre¬ chende Maßnahmen zur Konditionierung des Fahrzeugs, von Rück¬ haltesystemen für Insassen und gegebenenfalls von Schutzein¬ richtungen für Unfallpartner wie Fußgänger auf die bevorste¬ hende Verunfallung hin eingeleitet.
In der DE 101 21 386 Cl ist beispielhaft ein solches Verfah¬ ren zum Ansteuern eines reversiblen Insassenschutzmittels in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Das Kraftfahrzeug weist hier
ein reversibles Insassenschutzsystem auf, das vor einem Kol¬ lisionszeitpunkt aktiviert und dadurch in Wirkstellung ge¬ bracht werden kann. Hierfür werden mittels einer Sensorik Fahrzustandsdaten erfasst, die hinsichtlich einer etwaigen Notbremsung, eines etwaigen Übersteuerns und eines etwaigen Untersteuerns überwacht werden. Wenn eine Notbremsung, ein Übersteuern und/oder ein Untersteuern erkannt wird, erfolgt eine Aktivierung des Insassenschutzsystems, wobei noch weite¬ re Bedingungen für die Auslösungen vorgesehen sein können. Die Sensorik zur Erfassung der Fahrzustandsdaten kann einen Lenkwinkelsensor, einen Pedalwegsensor, einen Bremsdrucksen¬ sor, einen Raddrehzahlsensor, einen Beschleunigungssensor und einen Gierratensensor umfassen.
Eine Notbremsung liegt vor, falls ein Bremsvorgang mit min¬ destens einem Merkmal erfolgt, das auf eine Gefahren- oder Notsituation hindeutet. Der Zustand Notbremsung wird ermit¬ telt, indem mindestens einer der Parameter Bremsdruck, Ge¬ schwindigkeit der Bremspedalbetätigung und Geschwindigkeit der Rücknahme des Gaspedals zur Bewertung des Bremsvorgangs herangezogen wird. Alternativ zu einer Notbremsung, welche vom Fahrer bewirkt wird (Fahrerreaktion), kann eine Notbrem¬ sung basierend auf einer Umgebungserfassung herbeigeführt werden.
Gemäß der eingangs genannten Schrift kann der Zustand Not¬ bremsung anhand eines Eingriffs eines Bremsassistenzsystems in die Fahrdynamik erkannt werden, indem z.B. ein Informati¬ onssignal, welches vom Bremsassistenzsystem auf einen Daten¬ bus gesandt wird, zur Erkennung des Zustands Notbremsung he¬ rangezogen wird. Eine Auslösung der Sicherheitseinrichtungen des Schutzsystems ist dann an den Algorithmus des Bremsassis¬ tenzsystems gekoppelt. Auch kann das ebenfalls auf dem Daten¬ bus des Fahrzeugs bereitgestellte Signal des Bremslichtschal¬ ters zur Bestätigung (Plausibilisierung) der Erkennung des Zustandes Notbremsung herangezogen werden. Mit dieser Redun-
danz bei der Erkennung einer Notbremsung wird die Entschei¬ dungssicherheit bei einer Auslösung des Schutzsystems erhöht.
Ein weiteres präventiv wirkendes Schutzsystem ist in der DE 100 29 061 Al offenbart. Zur Erkennung eines Zustandes Not¬ bremsung wird der zeitliche Gradient, welcher der zeitlichen Ableitung entspricht, des vom Bremspedal erzeugten Bremsdru¬ ckes ausgewertet, wobei eine Schwellenüberschreitung durch den Bremsdruckgradienten für einen Notbremszustand indikativ ist. Stellvertretend für den gemessenen Bremsdruck kann auch der Pedalweg oder die Pedalkraft gemessen werden. Zur Plausi- bilisierung der Entscheidung wird parallel zum Bremsdruckgra¬ dienten auch der Bremsdruck einer Bewertung unterzogen, indem der Bremsdruck mit einem Bremsdruckschwellwert verglichen wird und die Zeitdauer der Schwellenüberschreitung des gemes¬ senen Bremsdruckes mit einer vorgegebenen Zeitdauer vergli¬ chen wird. Damit sollen Kurzbremssituationen ausgesondert werden, bei denen der Bremsdruckgradient zwar über der Brems¬ druckgradientenschwelle liegt, der Bremswunsch aber nicht lange genug mit einer oberschwelligen Intensität ansteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes präventiv wir¬ kendes Schutzsystem der einleitend genannten Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Schutzsystem wird eine höhere Zu¬ verlässigkeit beim Erkennen einer vom Fahrer angeforderten Notbremsung erreicht, indem sich die Auswertung auf mindes¬ tens zwei unabhängige Sensoren zur Erfassung der Bremsmomen¬ tanforderung des Fahrers stützen kann. Insbesondere kann mit einem ersten Sensor der Druck im Bremssystem oder Hauptbrems¬ zylinder erfasst und mit einem zweiten Sensor, insbesondere einem Pedalweg-, Pedalkraft- oder Membranwegsensor der Pedal¬ weg gemessen werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren stützen die Erkennung eines Zustandes Notbremsung allein auf die Auswer¬ tung entweder der Bremspedalbetätigung oder des im Bremssys¬ tem oder Hauptbremszylinder aufgebauten Bremsdruckes.
Grundsätzlich kann zur Erfassung der Bremsmomentanforderung der Bremsdruck im Hauptbremszylinder als Messgröße herangezo¬ gen werden, um eine Notbremsanforderung durch den Fahrer zu erkennen. Der Bremsdruck im Hauptbremszylinder reagiert je¬ doch recht träge auf eine plötzliche Bremsmomentanforderung durch den Fahrer, ist daher weniger geeignet schnelle Ände¬ rungen des Fahrerwunsches zu erfassen.
Bei einem konventionellen hydraulischen Bremssystem erfasst ein Membranwegsensor sowohl die Pedalbewegung als auch die Membranbewegung des Bremskraftverstärkers. Der Mem¬ branwegsensor reagiert damit viel direkter auf den Pedalweg als der Bremsdruck im Hauptbremszylinder. Bei einem elektro- hydraulischen Bremssystem (Brake-By-Wire-System) nimmt ein Pedalwegsensor direkt die Betätigung des Bremspedals auf. So¬ weit vorhanden, können daher alternativ oder ergänzend auch ein Membranwegsensor oder Pedalwegsensor zu Erfassung der Bremsmomentanforderung herangezogen werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden das Signal des ersten Sensors (Bremsdruck) und das Signal des zweiten Sensors (Pedalweg) durch Differenziation nach der Zeit jeweils zu einem Signal für die Bremsmomentanforderungs- geschwindigkeit aufbereitet und beide Signale jeweils einer Schwellenabfragen zugeführt. Die Ergebnisse dieser Schwellenabfragen werden in einer logischen Verknüpfung zur Erkennung des Zustands Notbremsung herangezogen, indem mindestens eine Bremsmomentanforderungsgeschwindigkeit eine Schwelle überschreiten muss, damit einen Notbremsung erkannt wird. Je nachdem ob eine schnelle oder lieber eine abgesicherte Auslösung gewünscht ist, kann die logische
Verknüpfung als ODER- oder als eine UND-Verknüpfung ausgestaltet sein. Die parallele Abfrage der auf unterschiedliche Sensoren gestützte Abfrage der BremsmomentanfOrderungsgeschwindigkeit ermöglicht auch auf differenzierte Weise die Bedingungen für die Erkennung einer Notbremsung vorzugeben, weil die Sensoren 2a, 2b auf unterschiedliche Weise die Pedalbetätigung aufnehmen.
Sofern im Stand der Technik eine kombinierten Auswertung einer Bremsmomentanforderung und einer Bremsmoment¬ anfOrderungsgeschwindigkeit vorgesehen ist, wird das Signal für die Bremsmomentanforderungsgeschwindigkeit immer durch zeitlich Ableitung des Signals für die Bremsmomentanforderung gebildet, so dass sich beide auf dasselbe Sensorsignal stützen.
In einer zweiten, im Ausführungsbeispiel näher dargestellten Ausgestaltung werden das Signal des ersten Sensors (Bremsdruck) zu einem Signal für die Bremsmomentanforderung und das Signal des zweiten Sensors (Pedalweg) zu einem Signal für die Bremsmomentanforderungsgeschwindigkeit aufbereitet und beide Signale jeweils einer Schwellenabfragen zugeführt, deren Ergebnisse in einer logischen Verknüpfung zur Erkennung des Zustands Notbremsung herangezogen werden.
In dieser Ausgestaltung hat die Heranziehung des Signals ei¬ nes Pedalwegsensors oder Membranwegsensors den Vorteil, dass der Pedalweg im Antritt störungsfrei und direkt den Fahrer¬ wunsch wiedergibt, weil aufgrund einer verzögerten Rückwir¬ kung des Staudruckes im Bremssystem auf die Bremsbetätigung noch nicht gegen einen hohen Widerstand angetreten werden muss. Erst im späteren Verlauf der Betätigung setzt eine Rückwirkung des Bremssystems auf die Pedalkraft ein. Auch ist das Signal eines Pedalwegsensors oder Membranwegsensors wäh¬ rend eines ABS-Regeleingriffs aufgrund der pulsierenden Rück-
Wirkung auf das Bremspedal möglicherweise unbrauchbar. Eine Pedalwegmessung oder Membranwegmessung ist also vor allem zu einer frühzeitigen Erfassung einer schnellen Bremsmomentan¬ forderung durch den Fahrer geeignet.
Für die Erfassung einer langsamen und nachhaltigen Bremsmo¬ mentanforderung ist jedoch der Druck im Hauptbremszylinder eine sehr geeignete Größe, weil dieser mit einer gewissen Trägheit der Bremspedalbetätigung folgt und somit manche Kurzbremssituationen bereits ausgesondert werden, weil kein ausreichender Bremsdruck erzeugt wird.
Demnach ist die gewählte Kombination von Vorteil, bei der sich die Bewertung von langsamen und nachhaltigen Bremsmomen¬ tanforderungen auf den Bremsdruck im Hauptbremsdruckzylinder stützt, während die BremsmomentanfOrderungsgeschwindigkeit aus der zeitlichen Ableitung eines Signals des Pedalweg- oder Membranwegsensors gewonnen wird.
Sofern ein reproduzierbarer Zusammenhang zwischen dem Pedal- weg und einer Pedal-Rückstellkraft besteht, kann ein Pedal- kraftsensor anstelle eines Pedalwegsensors eingesetzt werden. Kommt jedoch die Rückstellkraft des Bremspedals aufgrund ei¬ ner Rückwirkung des Staudrucks im Bremssystems zustande, so ist der Zusammenhang nicht mehr eindeutig. In diesem Fall entspricht die Pedalkraft mehr dem Bremsdruck im Hauptbrems- zylinder.
Neben den bekannten, vorbeugend auslösbaren Sicherheitsein¬ richtungen wie der reversible Gurtstraffer eines Sicherheits¬ gurtes gibt es eine Reihe weiterer ansteuerbarer Insassen¬ schutzmittel, welche eine Rückhaltewirkung oder eine Energie absorbierende Wirkung zum Schütze eines Insassen bei einer Kollision entfalten. Beispiele für solche Insassenschutzmit¬ tel sind verfahrbare Prallkörper, Kissen und Kopfstützen, welche mittels einer Ansteuerung in Größe, Härte, Form und Lage verändert werden können. Neben diesen Insassenschutzmit-
teln können zur Verminderung der Unfallschwere weitere an¬ steuerbare Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden, welche die Unfallfolgen für einen Fahrzeuginsassen vermindern, indem ursprünglich zu Komfortzwecken vorgesehene, elektrisch ver¬ stellbare Aggregate angesteuert werden, z.B. elektrische Sitzverstellvorrichtung oder eine elektrische Verstellvor¬ richtung von Fahrzeugöffnungen (Fensterheber, Schiebedach¬ schließung) oder Türverriegelungen.
In Kraftfahrzeugen können zur Milderung von Unfallfolgen auch ansteuerbare Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden, wel¬ che auch dem Schutz von Kollisionspartnern, insbesondere dem Schutz von Fußgängern und Radfahrern dienen. Beispiele hier¬ für sind verstellbare Motorhauben, verfahrbare Stoßfänger und härteverstellbare Prallelemente an der Fahrzeugaußenhaut. Weitere ansteuerbare Schutzmittel sind die Niveauregulierung und das Brems- und Lenksystem mittels derer ein Aufprall in Richtung geringerer Verletzungsschwere der Insassen und/oder der Kollisionspartner optimiert werden kann. Auch diese Schutzmittel sind im Folgenden als Sicherheitseinrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausfüh¬ rungsbeispiels des erfindungsgemäßen präventiv wirkenden Schutzsystems in einem Kraftfahrzeug.
Zur Ansteuerung der vorzugsweise reversiblen Sicherheitsein¬ richtungen 1 werden in der Fahrzustandssensorik 2 Fahrzu- standsdaten erfasst und zumindest hinsichtlich einer Bremsmo¬ mentanforderung B durch den Fahrer überwacht. Die Fahr¬ zustandssensorik 2 umfasst einen ersten Sensor 2a zur Messung des Drucks im Hauptbremszylinder und einen zweiten Sensor 2b zur Messung des Pedalweges. Daneben kann die Fahrzustandssen¬ sorik mittels weiterer Sensoren 2c weitere Daten erfassen, z.B. Längs- oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs, Betätigun¬ gen des Gaspedals oder Müdigkeit des Fahrers, welche die fol-
gende Verarbeitung und logische Verknüpfung der Signale be¬ einflussen können.
In der Bremswunschbewertung 3 wird zumindest die Bremsmomen¬ tanforderung B ausgewertet und zur Erkennung eines Zustandes Notbremsung herangezogen. Bei Vorliegen eines Zustandes Not¬ bremsung NB wird mindestens eine der Sicherheitseinrichtungen 1 ausgelöst.
In der Bremswunschbewertung 3 werden die Signale des ersten Sensors 2a und des zweiten Sensors 2b parallel in jeweils zu¬ geordneten Aufbereitungsstufen 31a, 31b aufbereitet, wobei das Signal des zweiten Sensors 2b zeitlich differenziert wird. Die in dieser Weise aufbereiteten Signale für die Bremsmomentanforderung B_a und die Bremsmomentanforderungsge- schwindigkeit BG_b werden jeweils einer Schwellenabfrage 32a, 32b zugeführt. Die Ergebnisse der Schwellenabfragen 32a, 32b werden einer logischen Verknüpfung 33 zugeführt, in welcher möglicherweise unter Einbeziehung weiterer Parameter auf das Vorliegen eines Zustandes Notbremsung NB geschlossen wird.
Auf diese Weise kann z.B. das Signal für die Bremsmomentan- forderungsgeschwindigkeit BG_b, welches bekanntermaßen Grund¬ lage für die Erkennung einer Notbremssituation ist, mittels einer UND-Verknüpfung innerhalb eines kurzen Zeitfensters o- der nach Verstreichen einer kurzen Anstehzeit des Signals lo¬ gisch verknüpft werden mit dem Ergebnis einer Schwellenabfra¬ ge für das Signal B_a einer Bremsmomentanforderung. Damit kann sichergestellt werden, dass nicht nur eine schnelle Bremsmomentanforderung vorgelegen hat, sondern diese auch zu einem nachwirkenden Bremsdruck führt, womit Kurzbremssituati¬ onen ausgesondert werden. Diese Ausgestaltung ist in der die Priorität begründenden Anmeldung PCT/EP2004/012685 ausge¬ führt, welche hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
In einer anderen Anwendung kann das Signal für die Bremsmo- mentanfOrderungsgeschwindigkeit BG_b, welches bekanntermaßen
Grundlage für die Erkennung einer Notbremssituation ist, mit¬ tels einer ODER-Verknüpfung und unter Einbeziehung der Längs- Verzögerung des Fahrzeugs logisch verknüpft werden mit dem Ergebnis einer Schwellenabfrage für das Signal B_a einer Bremsmomentanforderung. Damit kann sichergestellt werden, dass nicht nur eine schnelle Bremsmomentanforderung zur Er¬ kennung einer Notbremsung führt, sondern auch das Vorliegen eines starken Bremsdruckes, wenn dieser zu keiner oder zu ge¬ ringen Längsverzögerung des Fahrzeugs führt. In diesem Fall liegt ein zu geringer Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn vor, z.B. durch Glätte, was insgesamt auch zur Erkennung ei¬ ner Notbremsung NB führt, wenn der vom Fahrer angeforderte Bremsdruck ein Schwelle überschreitet (Panikbremsung) . Diese Ausgestaltung ist in einer am gleichen Tag eingereichten An¬ meldung der Anmelderin ausgeführt, welche hiermit durch Ver¬ weis aufgenommen wird.
Die Schwellen in den Schwellenabfragen 32a, 32b für die Bremsmomentanforderung oder die Bremsmomentanforderungsge- schwindigkeit können von Fahrzustandsdaten beeinflusst wer¬ den. Insbesondere können die Schwellen abhängig von einem Signal für die Bremsmomentanforderung oder deren Geschwindig¬ keit sein. Oder es können die Schwellen bei niedrigen Fahrge¬ schwindigkeiten unterhalb von ca. 30 km/h angehoben werden, um in diesem Geschwindigkeitsbereich Fehlauslδsungen oder un¬ erwünschte Auslösung wirksam zu unterdrücken. Bei Geschwin¬ digkeiten oberhalb von ca. 80 km/h können die Schwellen abge¬ senkt werden, weil bei höheren Geschwindigkeiten erfahrungs¬ gemäß der Fahrer sensibler auf die Bremse tritt. Eine Schwel¬ lenbeeinflussung in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung ist auch denkbar. Insbesondere könnten die Schwellen in einem mittleren Querbeschleunigungsbereich abgesenkt sein.
Anstelle von logischen Verknüpfungen (UND, ODER) der Ergeb¬ nisse der verschiedenen Bewertungen oder Abfragen kann ein vergleichbares Verhalten des Schutzsystems erreicht werden, indem in an sich bekannter Weise die binäre Logik durch eine
Fuzzy-Logik ersetzt wird. Beispielsweise kann eine von den Fahrzeugdaten multifaktoriell abhängige Gesamtkritikalität für die Längsdynamik gebildet werden, welche einen Wert zwi¬ schen 0 ...1 annimmt und eine feste Schwelle bei z.B. 0,8 zu überwinden hat, damit eine Sicherheitseinrichtung ausgelöst wird.