DE102006038837A1

DE102006038837A1 - Vorrichtung, Steuergerät und Verfahren zur Detektion einer Kollision

Info

Publication number: DE102006038837A1
Application number: DE102006038837A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lich; Alfred Kuttenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-19
Also published as: DE102006038837B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion einer Kollision vorgeschlagen, wobei eine Insassensensierung vorliegt, die ein das Gewicht eines Fahrzeuginsassen repräsentierendes Signal erzeugt. Eine Auswerteschaltung ist vorgesehen, die in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung des Signals die Kollision detektiert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Steuergerät und ein Verfahren zur Detektion einer Kollision nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Aus DE 10333992 A1 ist ein Kraftmesselement bekannt, das mittels eines Doppelbiegebalkens und eines Wegsensors eine eingeleitete Kraft misst. Der Doppelbiegebalken ermöglicht eine Doppelfederform, die eine Optimierung hinsichtlich der Dehnungsverteilung ermöglicht. Die Krafteinleitung geschieht senkrecht zur Längsrichtung des Doppelbiegebalkens. Dabei sollen diese Kraftmesselemente als Gewichtsmesssensoren in Fahrzeugsitzen verwendet werden.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion einer Kollision bzw. das erfindungsgemäße Steuergerät bzw das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion einer Kollision mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass eine solche Insassensensierung ein Signal liefert, das auch zur Detektion einer Kollision dient. Dabei wertet eine Auswerteschaltung, beispielsweise ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor das Signal dahingehend aus, dass die zeitliche Änderung des Signals mithin seine zeitliche Ableitung zur Kollisionsdetektion verwendet wird. Gewichtsmesssensoren messen die Kraft im Fahrzeug vertikal, also in z-Richtung. Bei einer Kollision kommt es zu einer Vorverlagerung eines Fahrzeuginsassen, was sich in einer Änderung des Kraftflusses ausdrückt. Diese Änderung wird erfindungsgemäß zur Kollisionsbestimmung ausgenutzt. Dabei kommen vorzugsweise absolut messende Sensoren zum Einsatz, die innerhalb der Sitzstruktur verbaut sind und nunmehr im Allgemeinen als iBolt bekannt sind. Der Aufbau eines solchen Kraftmesselements, das die Insassensensierung ausmacht, ergibt die Möglichkeit, die Kraft in z-Richtung zu erfassen. Momente um die x- bzw. y-Achse sowie die Kräfte in x- und y-Richtung werden kompensiert und unterdrückt. Üblicherweise können vier solche Kraftmesselemente pro Sitz verwendet werden. Für die Durchführung der Erfindung ist jedoch nur ein Sensor notwendig, um die zeitliche Änderung des Messsignals auszuwerten. Die Verwendung von zwei Kraftmessbolzen kann vorzugsweise zur Front- bzw. Heck-Crasherkennung verwendet werden.
Eine durch einen Crash bzw. Kollision hervorgerufene Verzögerung führt aufgrund der Massenträgheit des Insassen zu einer Vorverlagerung. Diese Vorverlagerung kann über einen Kraftmessbolzen oder eine andere gewichtsmessende Sensorik erfasst werden. Das bedeutet physikalisch eine signifikante Änderung des von ihm gemessenen Signals, welches mit dem Gewicht korreliert. Diese Änderung lässt sich erfindungsgemäß als Plausibilisierung und/oder als Kollisionsdetektion in einem Algorithmus zur Auslösung von Personenschutzmitteln einsetzen.
Von Vorteil ist die Einsparung von Beschleunigungssensoren, denn es kann beispielsweise der Beschleunigungssensor eingespart werden, der in Heckrichtung empfindlich ist und der eine Plausibilisierung für den Heck-Crash bzw. auch für den Front-Crash darstellen soll. Die Einführung der Erfindung vermeidet so die Verzögerung des Insassen durch diese Plausibilisierung, denn die Erfassung der Kraftmessbolzen erfolgt in analoger Form. Damit kann durch die Einsparung von Sensoriken eine deutliche Reduktion der Hardwarekosten gegeben sein.
Durch den Einsatz von vier Kraftmessbolzen kann mittels der vier Kraftmessbolzen eine deutlich bessere Plausibilisierung durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer erhöhten Robustheit bei einer Auslösung der Personenschutzmittel.
Das erfindungsgemäße Steuergerät weist eine Schnittstelle auf, die die Signale beispielsweise des Kraftmessbolzens bereitstellt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Vorrichtung zur Detektion einer Kollision bzw. der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verfahrens zur Detektion einer Kollision möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die zeitliche Änderung des Signals einer Schwellwertentscheidung unterzogen wird und so in einfacher Art und Weise die Detektionsauswertung geschehen kann. Dieser Schwellwert kann fest oder variabel sein. Daneben lassen sich anstatt oder zusätzlich weitere zeitliche Änderungen des Signals auswerten. Dazu gehören mehrfache Ableitungen des Signals, Varianzen, Schwankungsbreiten etc.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass gezählt wird, wie lange die zeitliche Ableitung über dem Schwellwert ist, um so genannte Misuse-Fälle wie ein Schlagloch oder eine Bordsteinüberfahrt auszublenden, die lediglich zu einem kurzzeitigen Überschreiten eines Schwellwertes führen. Daher ist die zeitliche Bewertung des Signals notwenig, um solche Misuse-Fälle ausschließen zu können.
Vorteilhafterweise kann die Auswertung der zeitlichen Änderung des Signals zur Plausibilisierung eines Signals einer Crash-Sensorik verwendet werden. Dies erspart die Verwendung von einer zusätzlichen Crash-Sensorik.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass ein mechanischer Anschlag des Kraftmessbolzens, der als Überlastschutz genutzt wird, zur Kollisionsdetektion verwendet wird. Der Überlastschutz dient zur Sicherung des Sitzes bei einem Unfall. Auch dieser Anschlag kann vorzugsweise anhand der zeitlichen Änderung des Signals erkannt werden, indem bspw. ein Maximalwert erreicht wird. Auch die Form des Signals, die die zeitlichen Änderungen des Signals zeigt, kann im Sinne einer Mustererkennung zur Erkennung des Anschlags und damit zur Kollisionsdetektion verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein erstes Blockschaltbild mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein zweites Blockschaltbild mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 ein Flussdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 ein Signal-Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 erläutert in einem Blockschaltbild den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den angeschlossenen Komponenten. In einem Steuergerät SG1 ist eine Auswerteschaltung als Mikrocontroller μC vorgesehen. Anstatt eines Mikrocontrollers können auch andere Prozessoren oder ASICs oder diskret aufgebaute Schaltungen verwendet werden. Der Mikrocontroller μC ist mit zwei Schnittstellen, IF1 und IF2, verbunden. Diese Schnittstellen, IF1 und IF2, leiten Sensorwerte von außerhalb des Steuergerätes SG1 angeordneten Sensoriken CS und IB an den Mikrocontroller μC weiter. Die Schnittstellen dienen also zur Bereitstellung dieser Sensorsignale. Die Schnittstellen, IF1 und IF2, sind vorliegend als integrierte Schaltkreise vorgesehen. Die Senorik CS ist eine Crash-Sensorik, zu der beispielsweise Beschleunigungssensoren und Drucksensoren gehören. Aber auch andere Kontaktaufprall- oder Umfeldsensoren können hier subsumiert werden. Die Sensoren können in der Fahrzeugfront, in der Fahrzeugseite und an anderen günstigen Stellen zur Crash-Sensierung eingebaut sein. Die Sensorik IB ist eine gewichtsmessende Insassen-Sensorik und weist hier pro Fahrzeugsitz vier Kraftmessbolzen auf. Diese sind im Sitzgestell als Bolzen eingebaut. Es ist möglich, dass nur drei oder zwei Kraftmessbolzen verwendet werden. Dies richtet sich beispielsweise auch nach den gesetzlichen Bestimmungen. Kraftmessbolzen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, messen die Gewichtskraft. Anstatt der Kraftmessbolzen sind auch Sitzmatten, so genannte Bladder-Systeme und andere Gewichtsmesszellen möglich. Der vorliegend verwendete Kraftmessbolzen verwendet einen Hall-Sensor als wegmessendes Element. Der Mikrocontroller μC verarbeitet nun diese Sensorsignale und steuert in Abhängigkeit davon eine Zündkreisschaltung FLIC an, die Personenschutzmittel wie Airbags, Gurtstraffer oder Überrollbügel ansteuert. Zur Auswertung verwendet der Mikrocontroller μC einen Speicher S, der flüchtige und nicht flüchtige Bereiche aufweist. Aus einem nicht flüchtigen Bereich wird beispielsweise der Auswertealgorithmus für die Sensorsignale geladen.
Erfindungsgemäß wertet der Mikrocontroller μC die zeitliche Änderung, sprich die zeitliche Ableitung des Signals von der Insassensensorik IB aus. Dieses Signal wird mit einem Schwellwert verglichen und wenn der Schwellwert überschritten wird, dann wird überprüft, wie lange dieser Schwellwert überschritten wird, um festzustellen, ob es sich um einem so genannten Misuse handelt oder um einen tatsächlichen Auslösefall. Darüber hinaus wird natürlich auch die Gewichtsinformation ausgewertet, um festzustellen, ob ein Airbag ausgelöst werden kann oder nicht. Darüber hinaus wertet der Mikrocontroller μC die Signale der Crash-Sensorik CS aus. Dafür werden die Sensorsignale auf bekannte Weise ausgewertet, wiederum mittels Kennlinien oder Schwellwerten. Neben der hier dargestellten ausgelagerten Sensorik ist es auch möglich, dass sich innerhalb des Steuergeräts SG1 eine Unfallsensorik befindet. Andere Komponenten, die zum Betrieb des Steuergeräts SG1 notwendig sind, aber für das Verständnis der Erfindung nicht, sind der Einfachheit halber vorliegend weggelassen worden. Die Daten von den Sesoriken CS bzw. IB werden über Punkt-zu-Punkt oder Bus-Verbindungen zum Steuergerät SG1 übertragen. Insbesondere für die Sensorik IB hat sich der bekannte LIN-Bus als vorteilhaft erwiesen.
2 erläutert in einem weiteren Blockschaltbild eine Variante. Die Sensorik IB ist hier an ein eigenes Steuergerät SG2 angeschlossen, das die Auswertung des Signals der Sensorik IB übernimmt, um den Mikrocontroller μC im Steuergerät SG3 zu entlasten. Damit wird dann bereits die Entscheidung vom Steuergerät SG2 zum SG3 übertragen, ob das Signal der Sensorik IB eine Auslösung rechtfertigt oder nicht. Das Steuergerät SG3 wertet dann wiederum das Signal der Sensorik CS aus, um in Abhängigkeit von all diesen Signalen die Personenschutzmittel PS anzusteuern.
3 erläutert in einem Flussdiagramm die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Verfahrensschritt 300 erfolgt durch die Sensorik IB die Gewichtsmessung. In Verfahrensschritt 301 wird die zeitliche Ableitung dieser Messwerte durchgeführt. Diese zeitliche Ableitung wird beispielsweise mittels eines Differenzenquotienten durchgeführt. Es ist möglich, dass die Software bereits entsprechende Funktionen zur Ableitung nach der Zeit zur Verfügung stellt. In Verfahrensschritt 302 wird die zeitliche Ableitung einem Schwellwertvergleich unterzogen. Dabei kann der Schwellwert voreingestellt sein oder adaptiv, also veränderbar. Dies kann sich auf das Signal selbst beziehen oder ein weiteres Signal. In Verfahrensschritt 303 wird geprüft, ob der Schwellwert überschritten wurde oder nicht. Ist das der Fall, dann erfolgt in Verfahrensschritt 304 die Auslösung bzw. die Freigabe der Personenschutzmittel PS. Ist das nicht der Fall, dann wird in Verfahrensschritt 305 ein Reset des Auslösealgorithmus durchgeführt, sodass, selbst wenn das Signal der Crash-Sensorik CS eine Auslösung rechfertigen würde, dies blockiert wird.
4 erläutert in einem Signal-Ablaufdiagramm die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Sensorik IB weist eine höhere Abtastrate auf, als wenn sie lediglich zur Gewichtsmessung verwendet würde. Damit ist es dann erst möglich, die für die Personenschutzsysteme notwendige zeitliche Änderung überhaupt zu erfassen. In Verfahrensschritt 400 wird das Messsignal durch den Kraftmessbolzen erzeugt, sodass dann das Gewicht parallel in eine zeitliche Ableitung 402 eines Schwellwertvergleichs 405 und in den Auslösealgorithmus 408 eingegeben wird. Die zeitliche Ableitung 402 ist notwenig, um das Messsignal des Kraftmessbolzens zur Detektion der Kollision zu verwenden. Der Schwellwertvergleich 405 ist notwendig um festzustellen, ob das Gewicht des Fahrzeuginsassen überhaupt die Auslösung eines Airbags rechtfertigt. Der Auslösealgorithmus 408 benötigt das Gewicht, um eine Klassifizierung durchzuführen, um so die Ansteuerung des Personenschutzmittels entsprechend auszuführen. Die zeitliche Ableitung 402 wird dann auch einem Schwellwert 404 zugeführt, der prüft, ob die zeitliche Ableitung so hoch ist, dass es auf eine Kollision hindeutet. Die Schwellwerte werden hier aus dem EEPROM 403 geladen und sind damit voreingestellt und fest. Im Und-Gatter 406, also einem Logikbauteil, werden die Ergebnisse der Schwellwertentscheider 404 und 405 verknüpft. Dieses Signal geht dann in eine Zählschaltung 407, die ebenfalls aus dem Speicher 403 prüft, wie lange das Signal des Und-Gatters 406 anzeigt, dass die Schwellwerte überschritten wurden. Ist die Zeit lange genug, dann wird an ein weiteres Und-Gatter ein Triggersignal übertragen. Wurde diese Zeit nicht eingehalten, dann überträgt die Zählschaltung 407 einen Auslösealgorithmus 408, ein Resetsignal, um den Auslösealgorithmus neu zu starten. Aus dem Block 401 kommen Beschleunigungssignale von Crash-Beschleunigungssensoren, die sich innerhalb oder außerhalb des Steuergerätes SG1 befinden. Diese werden im Auslösealgorithmus 408 in der bekannten Art und Weise mit Schwellwerten oder Kennlinien oder Merkmalsvektoren ausgewertet. Nur wenn auch diese Werte einen Auslösefall anzeigen, dann wird ein Auslösesignal erzeugt und an das Und-Gatter 409 übertragen. Das Und-Gatter 409 gibt nur eine logische eins und damit ein Auslösesignal aus, wenn sowohl das Triggersignal der Zählschaltung 407, als auch das Auslösesignal des Auslösealgorithmus 408 vorhanden sind. Damit liegt dann am Ausgang 410 das Auslösesignal vor. Die einzelnen Blöcke sind üblicherweise im Mikrocontroller oder auf verschiedene Auswerteschaltungen verteilt in Software vorhanden. Es ist möglich, Teile oder die gesamte Schaltung in Hardware auszuführen.
Vorliegend wird eine Plausibilisierung mit dem Signal des Kraftmessbolzens bezüglich der Kollisionsdetektion durchgeführt. Es ist möglich, dass nur mit dem Kraftmessbolzen die Detektion der Kollision erfolgt. Anstatt von Beschleunigungssensoren können auch andere Sensoren wie Druck-, Körperschall- und Umfeldsensoren verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zur Detektion einer Kollision mit einer Insassensensierung (IB), die ein das Gewicht eines Insassen repräsentierendes Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteschaltung (μC) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung des Signals die Kollision detektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (μC) einen Schwellwertentscheider für einen Vergleich der zeitlichen Änderung des Signals mit einem Schwellwert aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (μC) einen Zähler zur Erfassung einer Zeit, die die zeitliche Änderung des Signals über dem Schwellwert liegt, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (μC) zusätzlich mit einer Crash-Sensorik (CS) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung derart konfiguriert ist, dass das Erreichen eines mechanischen Anschlags der Insassensensierung anhand der zeitlichen Änderung als Kollisionsdetektion erkannt wird.
Steuergerät zur Detektion einer Kollision, wobei eine Schnittstelle (IF2) ein das Gewicht eines Insassen repräsentierendes Signal bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteschaltung (μC) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung des Signals die Kollision detektiert.
Verfahren zur Detektion einer Kollision, wobei ein das Gewicht eines Insassen repräsentierenden ersten Signals erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollision in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung des ersten Signals detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion in Abhängigkeit von einem Schwellwertvergleich der zeitlichen Änderung des ersten Signals erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeit gezählt wird, für die die zeitliche Änderung des ersten Signals über dem Schwellwert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion zur Plausibilisierung einer Auswertung eines zweiten Signals einer Crash-Sensierung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollision anhand eines Erreichens eines mechanischen Anschlags der Insassensensierung bei der zeitlichen Änderung des Signals erkannt wird.