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Die Erfindung betrifft ein Fußgängerschutzsystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Schutz von Fußgängern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Ein solches gattungsgemäßes Fußgängerschutzsystem und ein Verfahren zum Schutz von Fußgängern sind aus der
DE 197 18 803 C1 bekannt.
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Derartige Systeme und Verfahren dienen dem Fußgängerschutz im Straßenverkehr. Kommt es zu einem Zusammenstoß zwischen einem Fahrzeug und einem Fußgänger, so zieht dies in vielen Fällen schwerwiegende Verletzungen des Fußgängers nach sich, die mitunter tödlich sein können. Grundsätzlich müssen daher Zusammenstöße von Fußgängern und Fahrzeugen vermieden werden. Dies stellt sowohl Anforderungen an das Verhalten von Fußgängern im Straßenverkehr, das Fahrverhalten von Fahrzeugführern als auch an die Entwicklungsrichtung von Fußgängerschutzsystemen.
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Aber auch wenn derzeit die Unfallzahlen im Straßenverkehr vielfach rückläufig sind, was insbesondere auch der sich weiter entwickelnden Sicherheitstechnik zu verdanken ist, ändert dies nichts an der Gefahr für einen Fußgänger, falls es trotz größter Vorsicht und hochentwickelter Sicherheitstechnik dennoch zu einem Zusammenstoß kommt. Häufig schlägt ein Fußgänger nach dem Zusammenstoß mit einem Fahrzeug mit dem Kopf auf der Motorhaube auf, wobei er sich ernsthafte Schädel- und Gehirnverletzungen zuzieht. Da im allgemeinen und insbesondere bei modernen Bauraum-optimierten Fahrzeugen nur ein sehr geringer Freiraum unter der Motorhaube vorgesehen ist, wird der Aufprall des Kopfes um so härter, da nach Deformation der Motorhaube die verbleibende kinetische Energie des Aufpralls sehr rasch von den im Motorraum angeordneten Komponenten aufgenommen wird, dabei sehr häufig von dem praktisch nicht deformierbaren Motorblock. Um dies zu vermeiden, wäre bei einer Aufprallgeschwindigkeit von beispielsweise 40 km/h ein Freiraum unter einer aus herkömmlichen Materialien gefertigten Motorhaube von etwa 70 mm erforderlich, was mit derzeitigen Fahrzeugkonzepten schwer zu realisieren ist.
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In der
DE 100 30 465 A1 wird vorgeschlagen, Sensoren im Frontbereich des Fahrzeuges anzubringen, die in der Lage sind, einen Aufprall zu erkennen und mit hoher Wahrscheinlichkeit zu entscheiden, ob es sich um einen Fußgängeraufprall handelt. In diesem Fall werden Airbags gezündet, die den Aufprall des Kopfes des Fußgängers auf die Motorhaube verhindern bzw. dämpfen. Bei diesem System kann zwar mit einiger Zuverlässigkeit entschieden werden, ob das aufprallende Objekt ein Fußgänger ist, wobei jedoch in Kauf genommen werden muss, dass der Fußgänger mit einem Sensor im Stoßfänger und mit einem Sensor in der Motorhaube in Kontakt kommt. Aus der Zeitdifferenz kann dann ermittelt werden, ob es sich mit großer Wahrscheinlichkeit um einen Fußgänger handelt. Diese Zeitdifferenz geht jedoch für eine Reaktion des Systems verloren, so dass aus diesem Grund sehr schnell wirkende Mittel zur Verfügung gestellt werden müssen, beispielsweise extrem schnell zündende Airbags. Diese sind aber nicht reversibel, was hinsichtlich Instandsetzungskosten von Nachteil ist.
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Ein anderes System ist aus der
DE 199 46 408 A1 bekannt. Durch die Verwendung von Pre-Crash-Sensoren kann der unmittelbar bevorstehende Aufprall eines Objektes vorhergesehen werden. Um zusätzlichen Freiraum unter der Motorhaube zu schaffen und so einen ausreichenden Deformationsweg zur Verfügung zu stellen, wird die Motorhaube im hinteren Bereich angehoben. Dabei besteht insbesondere das Problem, dass mittels Pre-Crash-Sensoren, die beispielsweise auf Radar basieren, keine ausreichende Sicherheit beim Erkennen eines bevorstehenden Aufpralls gegeben ist. Zudem sind die Systeme beim Erkennen der Art des Objektes noch sehr unzuverlässig.
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Wenn im Rahmen der vorliegenden Offenbarung von einem Fußgänger die Rede ist, so ist dies allgemein zu verstehen. Selbstverständlich können auch Fahrradfahrer, Rollschuhfahrer oder sonstige Verkehrsteilnehmer dem stellvertretend verwendeten Begriff Fußgänger im Sinne der verbesserten Sicherheit im Straßenverkehr untergeordnet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fußgängerschutzsystem und ein Verfahren zum Schutz von Fußgängern zu schaffen, die die zuverlässige Unterscheidung eines Fußgängers von anderen Objekten mit kostengünstigen Mitteln ermöglichen, um insbesondere zu entscheiden, ob ein Fußgängerschutz aktiviert werden soll.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, durch den zumindest einen Sensor, vorzugsweise dynamische, Informationen über den Kollisionsbereich des Objektes mit dem Fahrzeug zu erfassen und an eine Auswerte- und Steuereinheit zu übertragen, die die Informationen über den Kollisionsbereich als Entscheidungskriterium heranzieht, ob das Objekt ein Fußgänger ist, um in Abhängigkeit davon eine Auslösung eines Schutzsystems zu bewirken. Das Prinzip zur Unterscheidung eines Fußgängers von einem anderen Objekt besteht somit darin, mittels eines Sensors Informationen über den Kollisionsbereich, z. B. eine Fläche oder eine (eindimensionale) Länge zu gewinnen, um anhand diesen Informationen die Unterscheidung zwischen einem Fußgänger und anderen Objekten vorzunehmen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Sensor einen in Längsrichtung ausgebildeten Sensorbereich auf und der Kollisionsbereich stellt eine Kollisionsbreite in Längsrichtung dar. Für die zuverlässige Ermittlung, ob das Kollisionsobjekt ein Fußgänger ist, hat es sich als ausreichend herausgestellt, wenn lediglich der Kollisionsbereich längs einer Richtung ausgewertet wird. Bevorzugt wird diese Richtung durch die Kollisionsbreite repräsentiert. Der Sensor erstreckt sich vorzugsweise quer über die Breite des Stoßfängers des Kraftfahrzeuges. Bevorzugt ist der Sensor im vordersten Bereich des Stoßfängers angeordnet, der bei einer Kollision mit einem Fußgänger frühest möglich einem Kontakt ausgesetzt ist. Es können mehrere Sensoren nebeneinander, übereinander oder hintereinander angeordnet sein, wobei auch Kombinationen davon möglich sind. Mehrere Sensoren können mit ihrem jeweiligen Sensorbereich zudem jeweils zueinander versetzt angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als Entscheidungskriterium, ob ein Aufprall mit einem Fußgänger vorliegt oder nicht, der zeitliche Verlauf der Änderung des Kollisionsbereiches herangezogen. Der Vorteil der dynamischen Erfassung des Kollisionsbereiches liegt darin, dass ein relativ kostengünstiges Sensor-Prinzip, wie z. B. ein Linear-Potentiometer, verwendet werden kann, um die von diesem erfassten Daten mit dem zeitlichen Ablauf der Kollision zu kombinieren. Aus dem charakteristischen zeitlichen Verlauf des Kollisionsbereiches, oder gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kollisionsbreite, können mit Hilfe eines Algorithmus Unterscheidungsmerkmale herausgearbeitet und zur Differenzierung verschiedener Kollisionsobjekte herangezogen werden.
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Die Auswertung des von dem Sensor gelieferten Kollisionsbereiches zur Bestimmung eines Fußgängeraufpralls wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung durch die Auswerte- und Steuereinheit aufgrund von in einer Tabelle gespeicherten Daten und/oder einer Berechnung vorgenommen.
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Als alternatives oder kumulatives Entscheidungskriterium zu dem zeitlichen Verlauf der Änderung des Kollisionsbereiches kann weiterhin der von dem zumindest einen Sensor erfasste maximale Kollisionsbereich herangezogen werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die maximale örtliche Ausdehnung erfasst und bei der Auswertung berücksichtigt wird.
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Denkbar ist stattdessen auch, zur Auswertung der von dem zumindest einen Sensor gelieferten Informationen den Kollisionsbereich zu einem fest vorgegebenen Zeitpunkt nach der Detektion des Aufpralls heranzuziehen. Bei dieser Variante wird somit nicht der maximale Kollisionsbereich als Entscheidungsgröße herangezogen, sondern stattdessen der Kollisionsbereich bzw. die örtliche Ausdehnung zu einem zuvor definierten Zeitpunkt.
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Der Zeitpunkt zum Verarbeiten, d. h. der Auswahl des Kollisionsbereiches wird bevorzugt in Abhängigkeit von der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges variiert. Je höher die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges bei der Kollision ist, desto geringer wird der Abstand zwischen dem fest vorgegebenen Zeitpunkt nach der Detektion des Aufpralls gewählt. Darüber hinaus kann der Zeitpunkt zum Verarbeiten des Kollisionsbereiches auch von dem verwendeten Schutzsystem abhängen. Die Abhängigkeit ergibt sich insbesondere daraus, innerhalb welcher Zeit ein Schutzsystem aktivierbar ist, um sein volles Schutzpotential zu entfalten. Je schneller ein Schutzsystem aktivierbar ist, desto länger kann der Abstand zum Verarbeiten des Kollisionsbereiches seit der Detektion des Aufpralls gewählt werden.
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Den eben beschriebenen Varianten liegt das gemeinsame Merkmal zugrunde, dass lediglich ein einziger Wert, nämlich die Ausdehnung des Kollisionsbereiches oder dessen Breite (Kollisionsbreite), benötigt wird, um zuverlässig zu der Entscheidung zu gelangen, ob ein Aufprall mit einem Fußgänger vorliegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Erfassung des Kollisionsbereiches auch ein Feststellen des Aufprallortes des Objektes an dem Fahrzeug. Die Kenntnis des Aufprallortes ermöglicht in vorteilhafter Weise die gezielte Auslösung jeweiliger Schutzsysteme, um die Kosten der Instandsetzung gering zu halten. Der Aufprallort kann, je nach verwendetem Sensor, auf 2–3 cm genau festgestellt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die gleichen Vorteile verbunden, wie sie im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Fußgängersystem dargelegt wurden.
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Die Erfindung kann somit darin gesehen werden, dass als Entscheidungskriterium, ob ein Aufprall mit einem Fußgänger vorliegt, die Erfassung des Kollisionsbereiches, insbesondere einer Kollisionsbreite, herangezogen wird. Der zeitliche Ablauf der Erfassung des Kollisionsbereiches ermöglicht die Differenzierung unterschiedlicher Kollisionsobjekte bei gleichzeitiger Verwendung einfacher Sensorprinzipien.
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Die Erfindung, deren Vorteile und weitere zweckmäßige Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand den Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
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1 einen Abschnitt eines Kraftfahrzeuges in der Seitenansicht mit einem erfindungsgemäßen Fußgängerschutzsystem,
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2 einen Abschnitt eines Stoßfängers, aus dem die Anordnung eines Sensors zum Erfassen einer durch einen Aufprall eines Objektes bewirkten Deformation hervorgeht,
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3a–c jeweils eine schematische Darstellung eines Objektes zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Detektion des Aufpralls auf ein Fahrzeug, und
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4 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Systemaufbaus.
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In den Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht maßstabsgerecht. Sie sind vielmehr zum besseren Verständnis übertrieben und nicht mit den tatsächlichen Größenverhältnissen zueinander dargestellt.
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1 zeigt einen Abschnitt eines Kraftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Fußgängerschutzsystem. Ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Stoßfänger 3 und einer Motorhaube 4 ist dargestellt. Die Motorhaube 4 ist einmal mit durchgezogener Linie im geschlossenen Zustand dargestellt und weiterhin im angehobenen Zustand mit einer unterbrochenen Linie. Dieses Anheben der Motorhaube 4 soll im Falle eines Zusammenstoßes mit einem Fußgänger erfolgen, damit auf diese Weise zusätzlicher Freiraum unter der Motorhaube geschaffen wird, so dass durch den hierdurch entstehenden Deformationsweg der Aufprall des Fußgängers auf der Motorhaube 4 gedämpft wird. Das Anheben wird durch einen im Bereich der Anhebemechanik 5 angeordneten, nicht dargestellten Aktuator bewirkt.
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Um den Aufprall eines Fußgängers oder eines anderen Objektes frühzeitig erkennen zu können, ist am äußersten vorderen Ende des Stoßfängers 3 wenigstens ein Sensor 2 angeordnet. Der oder die Sensoren 2 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Breite des Kraftfahrzeuges 1, das heißt über die Länge des Stoßfängers 3, um einen Aufprall an all diesen Stellen erfassen zu können. Sofern über die Länge des Stoßfängers 3 eine Mehrzahl an Sensoren angeordnet sind, so können diese nebeneinander, übereinander oder hintereinander angeordnet sein. Auch Kombinationen der genannten Anordnungen sind denkbar. Es ist auch eine Konstellation vorstellbar, bei denen die mehreren Sensoren jeweils zueinander versetzt angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Schutzsystem kann alternativ oder zusätzlich zu der in Verbindung mit 1 beschriebenen Motorhauben-Anhebemechanik auch mit weiteren Schutzsystemen, wie z. B. Airbags ausgestattet sein. Für die Erfindung ist die Art des verwendeten Schutzsystems nur insofern von Bedeutung, als jeweils benötigte Reaktionszeiten Einfluss auf die von einer Auswerte- und Steuereinheit verarbeiteten Signale, die diese von dem oder den Sensoren erhält, haben.
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Aus der 2 geht eine bevorzugte Anordnung des Sensors 2 in dem Stoßfänger 3 hervor. Der Stoßfänger 2 ist unterhalb einer Außenhaut des Stoßfängers 3 in einer solchen Höhe angeordnet, in welcher der „erste” bzw. „früheste” Kontakt mit einem Objekt im Falle einer Kollision stattfinden wird. Der Sensor 2, bei dem es sich beispielsweise um ein über die gesamte Länge des Stoßfängers verlaufendes Linear-Potentiometer oder einen auf optischer Basis arbeitenden Sensor handeln kann, ist in ein Aufprallelement 9, z. B. einen „Bumper-Schaum”, integriert. Das Aufprallelement 9 ist seinerseits in einem Querträger 8 angeordnet, welcher über ein Befestigungselement 13 mit dem Stoßfänger 3, genauer dessen Außenhaut, mechanisch verbunden ist.
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Die Verwendung eines Linear-Potentiometers als Sensor weist den Vorteil auf, dass dieser relativ kostengünstig ist und eine Aussage über den Aufprallort als auch über den zeitlichen Verlauf der Kollisionsbreite mit hoher Genauigkeit wiedergeben kann. Bei einem Linear-Potentiometer werden diese Parameter über eine Widerstandsänderung gemessen. Je breiter die Kollisionsbreite bzw. der Kollisionsbereich ist, desto größer ist die von dem Sensor erfasste Widerstandsänderung. Die Widerstandsänderung oder auch ein gemessener Widerstandwert kann durch eine Auswerte- und Steuereinheit als Kriterium herangezogen werden, ob eine Kollision mit einem Fußgänger oder einem anderen Objekt vorliegt. Die Änderung der Kollisionsbreite kann dabei durch den Sensor innerhalb weniger Millisekunden registriert werden. Die Auflösung eines als Linear-Potentiometers sollte hierbei nicht gröber als etwa 10–15 mm sein, damit eine Geschwindigkeit noch genau genug berechnet werden kann. Die Geschwindigkeit aus der Änderung der Kollisionsbreite verhält sich allgemein ähnlich wie die Geschwindigkeit, mit der das Kollisionsobjekt in den Stoßfänger eindringt, und kann so, auch in Verbindung mit der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges, zu einer zuverlässigen und einfachen Erkennung des Objektes herangezogen werden.
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Die von dem Sensor gelieferten Signale werden in der Auswerte- und Steuereinheit so verarbeitet, dass eine Differenzierung von kollidierenden Objekten möglich wird. Die Auswertung kann dabei aufgrund von in einer Tabelle gespeicherten Daten und/oder einer Berechnung vorgenommen werden. Die in der Auswerte- und Steuereinheit in der Tabelle gespeicherten Daten können beispielsweise aufgrund von Versuchen mit unterschiedlichen Objekten ermittelt worden sein.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip kann am besten anhand der 3a–3c verstanden werden, welche verschiedene schematische Darstellungen eines Objektes nach dem Aufprall auf ein Fahrzeug zu unterschiedlichen Zeitpunkten darstellt. 3a zeigt ein in der Draufsicht annähernd kreisförmiges Objekt 6 kurz nach dem Aufprall zum Zeitpunkt t1. Der Aufprall bewirkt eine Deformation des Stoßfängers 3, welche durch einen dahinterliegenden Sensor erfasst wird. Der Sensor erfasst dabei diejenige Breite b(t1), innerhalb der der Stoßfänger 3 verformt wird. Zu einem späteren Zeitpunkt t2 ist das Objekt 6 weiter in den Stoßfänger 3 eingedrungen, was sich in einer größeren Kollisionsbreite 7 (b(t2)) bemerkbar macht. Eine noch größere Kollisionsbreite 7 ergibt sich zum Zeitpunkt t3, welcher die maximale Kollisionsbreite 7 (b(t3) darstellt.
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Die Auswertung, ob ein Fußgängeraufprall vorliegt, kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Ein verhältnismäßig zuverlässiges, jedoch etwas rechenintensiveres, Vorgehen ist die Überprüfung, wie sich die Kollisionsbreite 7 über die Zeit verändert. Aus dem charakteristischen zeitlichen Verlauf der Kollisionsbreite ist unter Zuhilfenahme eines Algorithmus die Herausarbeitung von Unterscheidungsmerkmalen möglich, so dass unterschiedliche Kollisionsobjekte differenziert werden können.
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Ein etwas einfacheres Verfahren, das alternativ oder zusätzlich verwendet werden kann, ist die Betrachtung der Kollisionsbreite zu einem fest definierten Zeitpunkt, z. B. t2. Der Zeitpunkt bestimmt sich nach der Detektion des Aufpralls. Dieser kann abhängig von der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges oder von dem für den Schutz verwendeten Schutzsystem variieren. Je geringer die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges ist, desto weiter kann der fest vorgegebene Zeitpunkt von der Detektion des Aufpralles entfernt liegen. Typische Zeiten liegen im Bereich zwischen 10 und 15 Millisekunden, wobei. hierbei von einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 40–50 km/h ausgegangen wird.
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Neben der dynamischen Erfassung der Kollisionsbreite ist weiterhin die Heranziehung des Aufprallortes möglich. Diese Größe kann zum selektiven Auslösen eines Schutzsystems herangezogen werden.
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4 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Systemaufbaus. Das erfindungsgemäße Schutzsystem ordnet sich in der Weise in Gesamtkonzept ein, das die Sensoranordnung 2 mit einer elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit 10 kommuniziert. Diese Steuer- und Auswerteeinheit 10 steuert eine Leistungselektronik (Ansteuerung Aktuator) 11 an, die in Abhängigkeit der von dem Sensor 2 erfassten Informationen einen Aktuator 12 betätigt. Dieser kann dann im Falle eines Fußgängeraufpralls das in 1 dargestellte Aufstellen der Motorhaube bewirken.
