DE10100880A1 - Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents
Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei eine Knautschzonenverlängerung und Rückhaltemittel in Abhängigkeit von einer anhand von Precrash-Sensorsignalen bestimmten effektiven Masse eines Aufprallobjekts eingesetzt werden. Dabei kann ein Frontalaufprall und/oder ein Seitenaufprall erkannt werden. Die effektive Masse wird mit vorgegebenen Schwellwerten zur Klassifizierung des Aufprallobjekts verglichen. Die Klassifizierung bestimmt dann den Einsatz der Rückhaltemittel.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur
Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug nach der Gattung
des unabhängigen Patentanspruchs.
Die Sensierung eines Aufpralls erfolgt heute mit Hilfe von
Beschleunigungssensoren, die entweder zentral oder
ausgelagert im Fahrzeug angebracht sind. Bei einer
dezentralen Sensierung mit ein bis zwei peripheren
Beschleunigungssensoren pro Fahrzeugseite befinden sich die
Beschleunigungssensoren näher am Objekt-Aufprallort. Dies
vermeidet Signalverzögerungen und -abschwächungen. Bestimmte
Fahrmanöver, bei denen keine Auslösung der Rückhaltemittel
erwünscht ist, erzeugen hierbei jedoch Signale, die denen
echter Kollisionen sehr ähnlich sind. Bei einem
Frontaufprall ist nur ein Schutz bis ca. 65 km/h möglich, da
zum einen die Deformations- oder Knautschzone zu gering ist
und zum anderen die Entfaltung der Rückhaltemittel eine
gewisse Zeit in Anspruch nimmt. Bei einem Seitenaufprall ist
dabei die Situation noch kritischer.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufprallerkennung bei
einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass bei
höheren Geschwindigkeiten ein besserer Schutz für die
Fahrzeuginsassen erreicht wird. Dies wird insbesondere
dadurch erreicht, dass die gesamte Knautschzone durch die
ausfahrbare Knautschzone verlängert wird. Durch die
Bestimmung der effektiven Masse des Aufprallobjekts ist die
Erkennung von leichteren Objekten möglich, um beispielsweise
bei einem Fußgänger entsprechende Rückhaltemittel an der
Außenhaut des Fahrzeugs auszulösen. Das erfindungsgemäße
Verfahren wird dabei auch zu einer geringeren Schädigung des
Fahrzeugs bei einer Kollision führen und damit die
potentiellen Reparaturkosten vermindern. Die ausfahrbare
Knautschzone weist einfache Eigenschaften auf, da eine
annähernd konstante Kraft für diese ausfahrbare Knautschzone
angenommen wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte
Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Verfahrens zur Aufprallerkennung bei einem
Kraftfahrzeug möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass entweder ein Frontalaufprall
oder ein Seitenaufprall erkannt wird. Insbesondere ein
Seitenaufprall durch die äußerst geringe Deformationszone
ist in dieser Hinsicht besonders kritisch und profitiert so
noch stärker als ein Frontalaufprall von dem
erfindungsgemäßen Verfahren.
Darüber hinaus wird die Rückhaltekraft der
Knautschzonenverlängerung so gewählt, so dass sie der
Rückhaltekraft der Knautschzone entspricht.
Desweiteren ist es von Vorteil, dass die
Relativbeschleunigung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem
Aufprallobjekt aus den Precrash-Signalen bestimmt wird,
wobei aus der Relativbeschleunigung und der Rückhaltekraft
die effektive Masse bestimmt wird.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass die effektive Masse mit
vorgegebenen Schwellwerten zur Klassifizierung des
Aufprallobjekts verglichen wird, um so anhand der
Klassifizierung die Rückhaltemittel und die
Knautschzonenverlängerung adaptiv auszufahren bzw. zu
zünden. Somit wird beispielsweise verhindert, dass ein
Fußgänger durch die ausfahrbare Knautschzone nicht
zusätzlich in Mitleidenschaft gezogen wird, sondern dass zu
seinem Schutz Rückhaltemittel wie ein Außenairbag eingesetzt
werden, um die Verletzungen möglichst gering zu halten. Auch
die Rückhaltemittel innerhalb des Kraftfahrzeugs werden
somit optimal eingesetzt, da anhand des Aufprallobjekts
bestimmt werden kann, wie die Unfallschwere sein wird. Damit
wird ein erhöhter Schutz für die Fahrzeuginsassen
gewährleistet.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wenigstens zwei Precrash-Sensoren, um die
Aufprallrichtung zu bestimmen, ein Steuergerät für die
Rückhaltemittel zur Verarbeiten der Precrash-Sensorsignale
und zur Ansteuerung der Rückhaltemittel bzw. der
Knautschzonenverlängerung, die ausfahrbare
Knautschzonenverlängerung an sich, die vorzugsweise
zumindest Teile der Stoßstange des Kraftfahrzeugs aufweist,
und die Rückhaltemittel selbst aufweist. Die Precrash-
Sensoren können dabei als Radarsensoren ausgebildet werden.
Es sind jedoch auch optische oder Ultraschallsensoren
verwendbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 2 eine Aufprallsituation und
Fig. 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei einem Aufprall eines Kraftfahrzeugs mit einem
Aufprallobjekt ist die Länge der Deformationszone des
Fahrzeugs für die Unfallschwere bestimmend. Dazu kommen noch
die effektive Masse des Aufprallobjekts und die
Aufprallgeschwindigkeit bzw. -energie als die die
Unfallschwere bestimmenden Parameter. Erfindungsgemäß wird
daher ein Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem
Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das in Abhängigkeit von der
effektiven Masse des Aufprallobjekts eine
Knautschzonenverlängerung ausfährt und adaptiv
Rückhaltemittel zündet. Dies ist sowohl für einen Frontal-
als auch für einen Seitenaufprall möglich.
In Fig. 1 ist als Blockschaltbild eine erfindungsgemäße
Vorrichtung dargestellt. Zwei Precrash-Sensoren 1 und 2 sind
an einem ersten und zweiten Eingang eines Steuergeräts 3
angeschlossen. An einem ersten Datenausgang des Steuergeräts
3 sind Rückhaltemittel 4 angeschlossen. An einen zweiten
Datenausgang des Steuergeräts 3 ist eine Signalverarbeitung
5 angeschlossen, an deren Datenausgang wiederum eine
Knautschzonenverlängerung 6 angeschlossen ist.
Die Rückhaltemittel 4 sind hier Airbags und Gurtstraffer,
die in Stufen eingesetzt werden können. D. h. die
Rückhaltekraft, die durch die Rückhaltemittel aufgewendet
wird, ist einstellbar.
Vor einem Aufprall wird die Annäherung eines Aufprallobjekts
an das Fahrzeug, in dem sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung befindet von den Precrash-Sensoren 1 und 2
erfasst und verfolgt. Die Precrash-Sensoren 1 und 2 sind
hier als Radarsensoren mit einer Sichtweite von
üblicherweise 7 m ausgelegt. Nähert sich das Aufprallobjekt
auf weniger als 1,5 m, so kann mit einer großen Sicherheit
von einer Kollision ausgegangen werden. Die Precrash-
Sensoren 1 und 2 geben nicht nur Informationen über die
radiale Annäherungsgeschwindigkeit, sondern auch über die
Richtung und die Relativgeschwindgkeit des Objekts in
Richtung der Längsachse des Fahrzeugs an. Aufgrund dieser
Informationen wird dann die Knautschzonenverlängerung 6 von
dem Steuergerät 3 über die Signalverarbeitung 5 ausgefahren.
Die Knautschzonenverlängerung 6 stellt sich dann dem
annähernden Aufprallobjekt mit einer möglichst konstanten
Kraft F entgegen. Diese Kraft F wird über die
Verformungseigenschaften der Knautschzonenverlängerung 6
oder ihrer Befestigung so gewählt, so dass sie in etwa der
Kraft entspricht, die die eigentliche Knautschzone über ihre
Steifigkeit erzeugt und über den Verformungsweg weitgehend
konstant bleibt. Dabei ist jedoch durch konstruktive
Maßnahmen sicherzustellen, dass sich zuerst die
Knautschzonenverlängerung und erst dann die Knautschzone
selbst verformt, wobei die Knautschzonenverlängerung sehr
schnell ausfahrbar sein muß. Dafür für sind geeignete
Aktuatoren vorhanden, die elektrisch gesteuert sind.
Beispielsweise kann hier eine Feder zum Ausfahren verwendet
werden.
Die bekannte Kraft F entspricht der Kraft, die zwischen dem
Aufprallobjekt und dem Fahrzeug wirkt. Dadurch verringert
sich die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und
dem Aufprallobjekt. Diese Verringerung wird von den
Precrashsensoren 1 und 2 gemessen, woraus sich die
Relativverzögerung arx ergibt. Durch die einfachen
Eigenschaften der synthetischen Knautschzonenverlängerung 6,
die annähernd konstante Kraft, lässt sich deren Verhalten
genau vorhersagen und kann somit für die Bestimmung der
Unfallschwere verwendet werden. Auf das Aufprallobjekt und
das Fahrzeug wirkt die Kraft F, die sich sowohl aus der
Masse m und der Verzögerung a des Fahrzeugs als auch aus der
effektiven Masse und Beschleunigung des Objekts ergibt zu
F = m.a = -meff.aeff (1)
Die Bezeichnung effektiv wurde gewählt, da es sich nicht um
die tatsächliche Masse bzw. Beschleunigung des
Masseschwerpunktes des Aufprallobjekts handelt, sondern um
die Beschleunigung bzw. Verzögerung der von den Precrash-
Sensoren 1 und 2 erfassten Fläche und der Masse bietet sich
aufgrund der Verformungseigenschaften des Objekts ergibt.
Dabei ist es dann auch klar, dass die Precrash-Sensoren 1
und 2 nach dem Kontakt des Aufprallobjekts mit der
Knautschzonenverlängerung 6 nur jene Teile des
Aufprallobjekts erfassen dürfen, die von der
Knautschzonenverlängerung 6 verdeckt und somit weggeschoben
werden können. Ansonsten kann es passieren, dass
beispielsweise ein Fußgänger, dessen Beine von der
Verlängerung weggeschoben werden, dessen Schwerpunkt
anfänglich fast keine Beschleunigung erfährt, als Objekt mit
sehr großer Masse detektiert wird.
Die effektive Beschleunigung ergibt sich aus der
Relativverzögerung und der Verzögerung des Fahrzeugs:
aeff = arx -a (2)
Mit Hilfe von Gleichung 1 erhält man dann die effektive
Masse:
Zur Berechnung der effektiven Masse bestehen also damit zwei
Möglichkeiten. Zum einen aus der durch die
Beschleunigungssensoren im Fahrzeug gemessenen
Beschleunigung a und zum anderen aus der Kraft F. Die
effektive Masse ist zusammen mit der Relativgeschwindigkeit
ein Maß für die Unfallschwere. In Abhängigkeit von diesen
Größen können dann die Rückhaltemittel adaptiv, also an die
Unfallschwere angepaßt, gezündet werden. Wird nun durch den
Wert der effektiven Masse ein Fußgänger detektiert, indem
das Steuergerät 3 die Berechnung der effektiven Masse und
Beschleunigung durchführt und diese mit Schwellwerten
vergleicht, so können für den Fußgänger dann entsprechende
Rückhaltemittel 4 aktiviert werden, beispielsweise das
Anstellen der Motorhaube oder das Betätigen eines
Außenairbags.
Die Precrash-Sensoren 1 und 2, die hier als Radarsensoren
ausgebildet sind, weisen Elektronik zur Signalverarbeitung
auf. Die Digitalisierung kann dabei entweder in den
Precrash-Sensoren 1 und 2 selbst erfolgen oder im
Steuergerät 3. Die Rückhaltemittel 4 sind sowohl
Rückhaltemittel in der Fahrgastzelle als auch
Rückhaltemittel, die gegebenenfalls an das Fahrzeughaus
angebracht sind, um Fußgänger zu schützen. Die
Knautschzonenverlängerung 6 ist hier als ausfahrbare
Stoßstange ausgebildet, es sind jedoch auch andere
Konstruktionen möglich, wobei auch nur Teile der Stoßstange
die Knautschzonenverlängerung 6 bilden können.
Fig. 2 zeigt eine Aufprallsituation. Ein Aufprallobjekt 7,
beispielsweise eine Mauer wird von den Precrash-Sensoren 1
und 2 erfasst und das Steuergerät 3 erkennt, dass ein
Aufprall sehr wahrscheinlich ist. Daher wird die
Knautschzonenverlängerung 6 ausgefahren, um die
Deformationszone des Fahrzeugs 8 zu verlängern. Gleichzeitig
werden die Rückhaltemittel 4 für die Fahrzeuginsassen
adaptiv gezündet. Entscheidend ist dabei die relative Masse
des Aufprallobjekts 7 und die relative
Aufprallgeschwindigkeit in Richtung der
Knautschzonenverlängerung (im Fall des senkrechten Aufpralls
auf eine Mauer ist dies die Fahrzeuggeschwindigkeit vx).
In Fig. 3 ist als Flußdiagramm das erfindungsgemäße
Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug
dargestellt. In Verfahrensschritt 9 erkennen die Precrash-
Sensoren 1 und 2, die auch durch weitere Precrash-Sensoren
ergänzt werden können, ein Aufprallobjekt. Dabei werden die
Precrash-Signale an das Steuergerät 3 übertragen. In
Verfahrensschritt 10 überprüft das Steuergerät 3, ob ein
Aufprall sehr wahrscheinlich ist oder nicht. Ist das
Aufprallobjekt mit einer Entfernung von maximal 1,5 m und
einer Geschwindigkeit über einem vorgegebenen Schwellwert
erkannt worden, dann erkennt das Steuergerät 3 auf eine
mögliche Kollision und verfährt in Verfahrensschritt 11
weiter, um die effektive Masse des Aufprallobjekts 7 zu
bestimmen. Dazu wird die Knautschzonenverlängerung
ausgefahren.
In Verfahrensschritt 12 wird anhand der effektiven Masse und
der Relativgeschwindigkeit entschieden, ob ein kritischer
Aufprall mit Notwendigkeit zur Auslösung von
Rückhaltemitteln stattfindet. Wird auf keinen kritischen
Aufprall erkannt, dann wird zu Verfahrensschritt 9
zurückgesprungen und die Knautschzonenverlängerung wieder
eingefahren. Anderenfalls werden in Schritt 13 die
Rückhaltemittel 4 entsprechend der effektiven Masse und der
Relativgeschwindigkeit bzw. der Aufprallenergie gezündet.
Dabei können auch Außenairbags gezündet werden, um Fußgänger
zu schützen.
Claims (9)
1. Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug
(8), wobei mit Precrash-Sensoren (1, 2) ein Aufprall mit
einem Aufprallobjekt (7) frühzeitig erkannt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Precrash-Signalen
eine Knautschzonenverlängerung (6) in Aufprallrichtung
ausgefahren wird und dass anhand der Precrash-Sensorsignale
eine effektive Masse des Aufprallobjekts (7) zur adaptiven
Zündung von Rückhaltemitteln (4) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Frontalaufprall und/oder ein Seitenaufprall erkannt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückhaltekraft der Knautschzonenverlängerung (6) so
gewählt wird, dass sie der Rückhaltekraft der Knautschzone
entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Relativbeschleunigung zwischen dem
Kraftfahrzeug (8) und dem Aufprallobjekt (7) aus den
Precrash-Signalen bestimmt wird, wobei aus der
Relativbeschleunigung und der Rückhaltekraft die effektive
Masse bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Masse mit
vorgegebenen Schwellwerten zur Klassifizierung des
Aufprallobjekts verglichen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
in Abhängigkeit von der Klassifizierung des Aufprallobjekts
(7) die Rückhaltemittel (4) eingesetzt werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung wenigstens zwei Precrash-Sensoren (1, 2), ein
Steuergerät (3) für die Rückhaltemittel (4) zur Verarbeitung
der Precrash-Sensorsignale, eine ausfahrbare
Knautschzonenverlängerung (6), die vom Steuergerät (3)
angesteuert wird, und die Rückhaltemittel (4) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Precrash-Sensoren (1, 2) als Radarsensoren ausgebildet
sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Knautschzonenverlängerung (6)
zumindest Teile der Stoßstange des Kraftfahrzeugs (8)
aufweist.
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