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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest einem Auslöseparameter eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
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Bei Airbagsystemen wird im Stand der Technik ein sehr komplexer Algorithmus verwendet, um die Airbagauslösung zu steuern. Es müssen die Sensordaten ausgewertet werden und schlussendlich entschieden werden, ob eine Zündung der Rückhaltemittel (z.B. Airbag) erfolgen soll oder nicht und ob zusätzliche Ausgänge wie z.B. Warnblinkanlage aktiviert werden. Diese Unterscheidung erfordert das Zusammenwirken einer Vielzahl von Funktionen, die aus den Crashsignalen durch mathematische Funktionen wie Integration, Vergleich, etc. gebildet werden. Durch das Zusammenschalten von vielen komplexen Funktionen ist der Algorithmus unübersichtlich und wird physikalisch schwer erklärbar.
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Die Druckschrift
DE 199 57 187 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Crasherkennung, bei der Sensorwerte mit abgeleiteten Sensorwerten addiert werden und mit vordefinierten Schwellwerten vergleichen werden, um eine Aktivierung von Sicherheitsmitteln vornehmen zu können.
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Die Druckschrift
DE 42 39 582 A1 offenbart ein aufblasbares Rückhaltesystem ind ein Verfahren zur Freigabe der Entfaltung eines solchen Systems.
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Die Druckschrift
WO 2008/074672 A1 offenbart ein Verfahren zum Ansteuern eines Sicherheitssystems in einem Fahrzeug.
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Die Druckschrift
WO 98/58822 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Steuern eines Insassenschutzsystems eines Kraftfahrzeugs.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung von zumindest einem Auslöseparameter eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Bereitstellen von mindestsens zwei Mustersignalverläufen eines möglichen Signals eines Sensors für eine physikalische Größe, wobei jeder der Mustersignalverläufe einen zeitlichen Verlauf der physikalischen Größe bei einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug an einer unterschiedlichen Stelle des Fahrzeugs und/oder bei einem Aufprall des Objektes unter einem unterschiedlichen Winkel auf das Fahrzeug repräsentiert, wobei jedem der Mustersignalverläufe zumindest ein Auslöseparameter für einen Algorithmus zur Auslösung des Personenschutzmittels zugeordnet ist;
- - Einlesen eines Sensorsignals, das die von einem Sensor gemessene physikalische Größe repräsentiert;
- - Vergleichen von Werten eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals mit Werten der zumindest zwei Mustersignalverläufe, wobei im Schritt des Vergleichens derjenige Mustersignalverlauf ausgewählt wird, der in zumindest einem Zeitabschnitt des Mustersignalverlaufes oder einer skalierten Form des Mustersignalverlaufes eine geringere Abweichung von dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals aufweist; und
- - Ermitteln des zumindest einen Auslöseparameters des ausgewählten Mustersignalverlaufs für den Algorithmus zur Auslösung des Personenschutzmittels.
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Auch schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest einem Auslöseparameter eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Merkmale aufweist:
- - eine Einheit zum Bereitstellen von mindestsens zwei Mustersignalverläufen eines möglichen Signals eines Sensors für eine physikalische Größe, wobei jeder der Mustersignalverläufe einen zeitlichen Verlauf der physikalischen Größe bei einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug an einer unterschiedlichen Stelle des Fahrzeugs und/oder bei einem Aufprall des Objektes unter einem unterschiedlichen Winkel auf das Fahrzeug repräsentiert, wobei jedem der Mustersignalverläufe zumindest ein Auslöseparameter für einen Algorithmus zur Auslösung des Personenschutzmittels zugeordnet ist;
- - eine Einheit zum Einlesen eines Sensorsignals, das die von einem Sensor gemessene physikalische Größe repräsentiert;
- - eine Einheit zum Vergleichen von Werten eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals mit Werten der zumindest zwei Mustersignalverläufe, wobei die Einheit zum Vergleichen ausgebildet ist, um derjenigen Mustersignalverlauf auszuwählen, der in zumindest einem Zeitabschnitt des Mustersignalverlaufes oder einer skalierten Form des Mustersignalverlaufes eine geringere Abweichung von dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals aufweist; und
- - eine Einheit zum Ermitteln des zumindest einen Auslöseparameters des ausgewählten Mustersignalverlaufs für den Algorithmus zur Auslösung des Personenschutzmittels.
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Die vorliegende Erfindung schafft femer ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Insbesondere kann das Steuergerät Einrichtungen aufweisen, die ausgebildet sind, um je einen Schritt des Verfahrens auszuführen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einem Steuergerät oder einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird. Dabei kann der Programmcode auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass gerade in zeitkritischen Auswertesituationen ein Auslöseparameter sehr schnell auf der Basis eines einfachen Vergleichs eines gemessenen zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals mit einem vorab bestimmten Mustersignalverlauf erfolgen kann. Dieser Mustersignalverlauf kann beispielsweise ein Signalverlauf eines Sensorsignals über eine Beschleunigung, einen Druck, eine Kraft und/oder einen Weg sein, wobei dieses Sensorsignal bei einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug unter Laborbedingungen aufgezeichnet oder aus der bekannten Fahrzeugkarosseriesteifigkeit berechnet wird. Der Mustersignalverlauf repräsentiert dabei einen Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug unter einer bestimmten Geschwindigkeit an einer bestimmten Stelle des Fahrzeugs und/oder unter einem bestimmten Winkel auf das Fahrzeug. Jeder der Mustersignalverläufe repräsentiert dabei ein anderes Unfallszenario, das sich durch einen bestimmten Aufprallwinkel, einen bestimmten Objekttyp, oder einen bestimmten Einschlagwinkel des Objektes auf das Fahrzeug auszeichnet. Der Auslöseparameter, der dem jeweiligen Mustersignalverlauf zugordnet ist, kann beispielsweise ein Auslösezeitpunkt zu Auslösung des Personenschutzmittels oder eine Stärke der Auslösung dieses Personenschutzmittels sein. Auch kann der Auslöseparameter derart bestimmt werden, dass nach der Erkennung eines Unfallszenarios (oder Aufpralltyps) eine bestimmte Verzögerungszeit abgewartet wird, bevor das Personenschutzmittel ausgelöst oder aktiviert wird.
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Der Vorteil der Verwendung der genannten Mustersignalverläufe besteht darin, dass diese Mustersignalverläufe bereits Informationen über die Karosseriestabilität mit abbilden, so dass beispielsweise bei einem frontalen Aufprall des Objekts auf das Fahrzeug zunächst ein gewisser Signalverlauf durch das Eindrücken der Stoßstange und anschließend ein bestimmter Signalverlauf durch das Eindrücken eines Längsträgers erwartet werden kann. Im realen Unfallszenario kann dann dieser Mustersignalverlauf herangezogen werden und mit dem tatsächlichen Signalverlauf verglichen werden. Derjenige Mustersignalverlauf, der in zumindest einem (ersten) Zeitabschnitt mit dem tatsächlich gemessenen Signalverlauf die größte Übereinstimmung aufweist wird dann mit der größten Wahrscheinlichkeit auch dem tatsächlich aufgetretenen Unfallszenario entsprechen. Dies bedeutet, dass dann ein Aufprall des Objekts unter einer bestimmten Geschwindigkeit an einer bestimmten Stelle des Fahrzeugs und/oder unter einem bestimmten Winkel auf das Fahrzeug anzunehmen ist, der dem ausgewählten Mustersignalverlauf zu Grunde liegt. Für dieses Unfallszenario kann dann ein entsprechender Auslöseparameter für die Auslösung des Personenschutzmittels bestimmt werden, der diesem Unfallszenario bzw. dem ausgewählten Mustersignalverlauf zugeordnet ist und der die optimale Schutzstrategie für einen Insassen ermöglicht. Weiterhin lässt sich auch das erkannte Unfallszenario sehr gut plausibilisieren, wenn der tatsächliche zeitliche Verlauf des erfassten Sensorsignals weiterhin mit dem ausgewählten Mustersignalverlauf abgeglichen wird und eine Abweichung zwischen dem zeitlichen Signalverlauf und dem ausgewählten Mustersignalverlauf in Bezug auf weitere Mustersignalverläufe minimal bleibt.
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Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass eine sehr schnelle und rechenleistungsarme Bestimmung eines aufgetretenen Unfallszenarios möglich wird. Hierzu kann auf vorbestimmte Mustersignalverläufe zurückgegriffen werden, die beispielsweise unter Laborbedingungen aufgenommen oder aus der Kenntnis der Fahrzeugkarosseriesteifigkeit ermittelt wurden und die vorbestimmten Unfalltypen repräsentieren.
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Günstig ist es, wenn im Schritt des Bereitstellens den beiden bereitgestellten Mustersignalverläufen je eine Geschwindigkeit des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeugs zugeordnet ist, wobei im Schritt des Vergleichens eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Verwendung der dem Mustersignalverlauf zugeordneten Geschwindigkeit und einem Verhältnis zwischen einem Wert des Mustersignalverlaufs und einem entsprechenden Wert des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals geschätzt wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass beispielsweise für einen Aufprallwinkel des Objekts auf das Fahrzeug lediglich ein einziger Mustersignalverlauf bereitgestellt werden braucht, bei dem auch die Geschwindigkeit des Objektaufpralls bekannt ist. Trifft nun das Objekt unter diesem Aufprallwinkel auf das Fahrzeug auf, jedoch mit einer anderen Geschwindigkeit als denjenigen, die dem Mustersignalverlauf zu Grunde gelegt ist, kann durch die genannte Verhältnisbildung der betreffende Mustersignalverlauf für eine Vielzahl von Aufprallgeschwindigkeiten weiterverwendet werden. Somit braucht lediglich eine geringe Anzahl von Mustersignalverläufen aufgenommen bzw. berechnet und für die Auswertung des aktuellen Unfallszenarios ausgewertet werden, was eine deutliche Entlastung für eine entsprechende Auswerteeinheit darstellt.
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Auch kann im Schritt des Vergleichens die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus einer Höhe und/oder Breite des ersten Maximums des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals im Vergleich mit dem Maximum des Mustersignalverlaufs geschätzt werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch diese technisch sehr einfache Auswertung einer Breite und/oder Höhe des ersten Maximums eine Karosseriesteifigkeitsinformationen, die Mustersignalverlauf enthalten ist, optimal zur schnellen Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug zum aufprallenden Objekt bestimmt werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn im Schritt des Ermitteins als Auslöseparameter eine Auslösezeit und/oder eine Verzögerungszeit für eine Auslösung des Personenschutzmittels ermittelt werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bereits ein konkretes Unfallszenario durch die Auswertung des Mustersignalverlaufs vorab erkannt werden kann, bevor der optimale Aktivierungszeitpunkt für das Personenschutzmittel eingetreten ist. Hierdurch kann die Verwendung der vorliegenden Erfindung möglicherweise vorausschauende Sensoren ersetzen, was sich durch eine entsprechende Kostenreduktion wirtschaftlich auszeichnen würde.
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Um einen möglichst einfachen Vergleich zwischen den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals mit einem der Mustersignalverläufe zu ermöglichen, können im Schritt des Bereitstellens Mustersignalverläufe bereitgestellt werden, bei denen ein Mustersignalverlauf zumindest segmentweise Polynome erster Ordnung aufweist, insbesondere bei denen die Mustersignalverläufe aus Geradenabschnitten zusammengesetzt sind.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Vergleichens eine Information bezüglich zumindest eines Gradienten, einer Breite, eines Maximalwertes, eines Minimalwertes, eines Wendepunktes und/oder einer Amplitudenhöhe des zeitlichen Verlaufes mit einem der Mustersignalverläufe oder einer skalierten Form des Mustersignalverlaufes verglichen werden, um eine Abweichung des zeitlichen Signalverlaufes mit dem Mustersignalverlauf oder der skalierten Form des Mustersignalverlaufes zu berechnen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass unter Verwendung von einem oder mehreren der genannten auszeichnen Punkten des zeitlichen Sensorsignal-Verlaufs oder eines der Mustersignalverläufe bietet eine präzisere Auswertungsmöglichkeit des tatsächlichen Unfallgeschehens durch mathematisch ausgereifte Verfahren möglich ist.
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Um eine Sensorsignalstörung möglichst weitgehend auszublenden und eine möglichst robuste Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals zu ermöglichen, können im Schritt des Einlesens Sensorsignale eingelesen und zur Bildung des zeitlichen Verlaufes des Sensorsignals verwendet werden, die nach einer Fensterintegralbildung über die gemessene physikalische Größe erhalten werden.
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Weiterhin kann nach dem Schritt des Ermittelns der ermittelte Auslöseparameter verifiziert werden, indem ein weiterer Schritt des Vergleichens eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals mit den zumindest zwei Mustersignalverläufen ausgeführt wird, wobei im weiteren Schritt des Vergleichens Auslöseparameter verifiziert wird, wenn der ausgewählte Mustersignalverlauf in zumindest einem weiteren Zeitabschnitt des Mustersignalverlaufes oder einer skalierten Form des Mustersignalverlaufes eine geringere Abweichung von dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals aufweist, als zumindest ein anderer Mustersignalverlauf. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer kontinuierlichen Kontrolle, ob der ausgewählte Mustersignalverlauf und damit das erkannte Unfallszenario noch die beste Wahl für die vorliegende Unfallsituation darstellen. Möglicherweise kann auch erkannt werden, dass die ursprünglich getroffene Vorhersage des Unfallszenarios auf der Basis des entsprechenden Mustersignalverlaufs nicht mehr schlüssig ist, so dass eine andere Auslösestrategie und/oder ein anderer Auslöseparameter für das Personenschutzmittel gewählt werden sollte.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild mit Komponenten, die zur Ausführung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendbar sind;
- 2 eine schematische Darstellung eines Mustersignalverlaufes;
- 3a-c Darstellungen von Diagrammen von Mustersignalverläufen in Bezug zu tatsächlich gemessenen und durch ein Fensterintegral gemittelten zeitlichen Verläufen eines Signals von einem Sensor; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Femer enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweiten Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal / den ersten Schritt als auch das zweite Merkmal /den zweiten Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal /Schritt oder nur das zweite Merkmal /Schritt aufweist.
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1 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung von Komponenten, mit denen der erfindungsgemäße Ansatz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden kann. Dabei ist in 1 ein Fahrzeug 100 dargestellt, das in einem Frontbereich 110 einen Sensor 120, beispielsweise einen Beschleunigungssensor, aufweist. Der Sensor 120 kann jedoch auch eine andere physikalische Größe wie beispielsweise einen Druck, eine Deformationswegstrecke bei der Verformung eines Karosserieelements oder eine ähnliche physikalische Größe messen. Weiterhin ist der Sensor 120 mit einer Auswerteeinheit 130 (die beispielsweise das zentrale Airbag-Steuergerät sein kann) verbunden, welche wiederum mit einem Speicher 140 verbunden ist, in dem mehrere Mustersignalverläufe hinterlegt sind. Dieser Mustersignalverläufe wurden beispielsweise unter Laborbedingungen bei einem Aufprall eines Objektes mit unterschiedlicher Größe, Unterschied liege Geschwindigkeit und/oder unterschiedlichen Winkeln an unterschiedlichen Stellen auf das Fahrzeug die Messung oder auf der Basis der bekannten Karosseriestruktur des Fahrzeugs 100 rechnerisch bestimmt oder unter Laborbedingungen aufgezeichnet.
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Wird nun bei der Fahrt des Fahrzeugs 100 ein Aufprall des Objekts 150 (beispielsweise eines Baumes oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs) auf das eigene Fahrzeug 100 erkannt, führt dies zu einem charakteristischen zeitlichen Verlauf des Signals des Sensors 120, der durch die Deformation der einzelnen Karosserieelemente des Fahrzeugs 100 verursacht ist. Beispielsweise wird zuerst die Stoßstange 152 im Frontbereich 110 des Fahrzeugs 100 deformiert und nimmt einen Teil der Aufprallenergie auf. Wird die Aufprallenergie durch die Deformation der Stoßstange 152 nicht vollständig aufgenommen, erfolgt eine weitere Absorption von Aufprallenergie durch eine Deformation eines Pralldämpferelementes 154, das zwischen die Stoßstange 152 und einen Längsträger 156 des Fahrzeugs 100 verbaut ist. Kann auch durch die Deformation des Pralldämpferelementes 154 die Aufprallenergie nicht vollständig absorbiert worden, kann durch eine Deformation des Längsträgers 156 weitere Energie aufgenommen werden, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. Durch die Deformation der entsprechenden Karosserieelemente wird während des Aufpralls daher ein bestimmter zeitlicher Verlauf der (negativen) Beschleunigung des Fahrzeugs 100 durch den Sensor 120 erfasst (wenn der Sensor 120 ein Sensor zur Erfassung einer Beschleunigung darstellt), der in der Auswerteeinheit 130 mit mehreren Mustersignalverläufen verglichen wird, die hierzu aus dem Speicher 140 in die Auswerteeinheit 130 geladen werden. In der Auswerteeinheit 130 kann derjenige Mustersignalverlauf ausgewählt werden, der am besten mit dem zeitlichen Verlauf des Signals von den Sensor 120 übereinstimmt, der also zum Beispiel punktweise die geringste Abweichung von dem zeitlichen Verlauf des Signals des Sensors 120 aufweist. Nachdem für jeden Mustersignalverlauf bekannt ist, welches Unfallszenario er abbildet (d.h. welche Art von Objekt 150 mit welcher Geschwindigkeit und welchem Winkel an welcher Stelle auf das Fahrzeug 100 auf trifft) kann ein Auslöseparameter für die Auslösung eines Personenschutzmittels 160 (beispielsweise eines Airbags oder eines Gurtstrafferes) ausgewählt werden. Dabei ist der Auslöseparameter für die Auslösung des Personenschutzmittels meist dem Mustersignalverlauf zugeordnet, da durch die bereits umfangreich vorliegenden Unfallforschungsdaten bekannt ist, welches Personenschutzmittel in welchem Unfallszenario zu welchen Zeitpunkt aktiviert werden sollte, um einen Fahrzeuginsassen 170 möglichst gut zu schützen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Vorgehen näher beschrieben. Der in der vorliegenden Beschreibung vorgestellte Ansatz, der nachfolgend auch als „Basic Line Algorithmus“ bezeichnet wird, nutzt wie bereits ausgeführt den Verlauf des Energieabbaus, der von der Fahrzeug(karosserie)struktur abhängig ist. Der Energieabbau wird durch den Geschwindigkeitsabbau über der Zeit (d.h. eine Beschleunigung) im Crash dargestellt. Der Geschwindigkeitsverlauf (d.h. beispielsweise die Kurvenform eines Mustersignalverlaufes, der unter Laborbedingungen aufgenommen oder theoretisch berechnet wurde) trägt wichtige Informationen des Crashs (Unfalls) in sich. Durch den Vergleich des realen Geschwindigkeitsverlaufs mit dem theoretischen Verlauf (d. h. dem Mustersignalverlauf) für ein Fahrzeugtyp kann der Crashtyp ermittelt werden und die notwendigen Rückhaltemittel (z.B. Airbag) und Ausgänge (z.B. Wamblinker, ...) aktiviert werden. Die Fahrzeugstruktur, beschrieben durch wenige Parameter, wird in den „Basic Line Algorithmus“ direkt einbezogen.
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Beim „Basic Line Algorithmus“ wird durch den zeitlichen Verlauf beispielsweise der Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignale, direkt die Signatur der Fahrzeugstruktur erkannt und anhand dieser Kenntnis die richtigen bzw. optimalen Rückhaltemittel (z.B. Airbag) in Stärke und Auslösezeitpunkt, sowie entsprechende Ausgänge (z.B. Wamblinker, ...) aktiviert. Die fahrzeugspezifischen strukturellen Blöcke wie vorderer Querträger, ein Deformationselement (z.B. eine Crashbox oder ein Pralldämpferelement) und Längsträger bringen unterschiedliche Widerstandskräfte / Verformungskräfte auf, wenn ein Objekt auf das Fahrzeug trifft. Die Gegenkräfte, die beim Aufprall eines Objektes auf diese Fahrzeug- bzw. Karosserieelemente auftreten, bestimmen bei bekannter Masse (d.h. der Fahrzeugmasse) das zu erwartende Beschleunigungssignal. Dieses Beschleunigungssignal wird nachgebildet (entweder theoretisch berechnet oder unter Laborbedingungen aufgenommen) und als Mustersignalverlauf abgespeichert. Dabei sollten zur einfachen Auswertbarkeit einfache Mustersignalverläufe gewählt werden, die beispielsweise segmentweise so einfach wie möglich (aber ausreichend) durch ein Polynom erster Ordnung beschrieben werden können.
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In der 2 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Mustersignalverlaufs 200 für ein theoretisches Beschleunigungssignal mit Polynomen erster Ordnung dargestellt. Dabei hat der Mustersignalverlauf 200 eine Rechteck-Form 210. Dies entspricht einem vereinfachten Verlauf eines Beschleunigungssignals, wenn ein Objekt beim Aufprall auf das Fahrzeug 100 die Stoßstange 152 des Fahrzeugs 100 deformiert. Nachfolgend weist der Mustersignalverlauf 200 eine Rampenform 220 auf, die einem Verlauf des Beschleunigungssignals im Fahrzeug 100 entspricht, wenn ein Deformations- oder Pralldämpferelement 154 deformiert wird, das zwischen der Stoßstange 152 und dem Längsträger 156 des Fahrzeugs 100 verbaut ist. Hieran anschließend weist der Mustersignalverlauf 200 wieder eine Rechteck-Form 230 auf, die einen zeitlichen Verlauf des Beschleunigungssignals im Fahrzeug 100 repräsentiert, wenn eine Deformation des Längsträgers 156 erfolgt. Durch Reflexionen der Aufprallimpulse können Stoßwellen in der Fahrzeugstruktur auftreten, die im Mustersignalverlauf 200 durch eine abfallende Rampenform 240 repräsentiert werden, die sich an die Rechteck-Form 230 zeitlich anschließt. Dieser Bereich wird auch als „Rebounce“ in dem Fahrzeug 100 bezeichnet.
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Für unterschiedlich große und unterschiedlich schnelle Objekte 150 sowie für unterschiedliche Einschlagwinkel und/oder Einschlagstellen des Objekts 150 auf das Fahrzeug 100 können jeweils unterschiedliche Mustersignalverläufe 200 in dem Speicher 140 abgespeichert sein, die dann zum Vergleich mit dem zeitlichen Verlauf des Signals des Sensors 120 angezogen werden. Dabei sollten aus Gründen der Signalverarbeitungszeit nicht zu viele Mustersignalverläufe zu verarbeiten sein, wobei die Relativgeschwindigkeiten zwischen Aufprallobjekt 150 und Fahrzeug 100 auch über eine Bildung eines Verhältnisses zwischen den Amplituden des Mustersignalverlaufes und den Amplituden des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals abgeschätzt werden können. Aus diesem Grund brauchen nicht unbedingt einzelne Mustersignalverläufe für Unfallszenarien abgespeichert werden, die sich bis auf die Relativgeschwindigkeit zwischen Aufprallobjekt und Fahrzeug unterscheiden.
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Auf diese Weise kann anhand von wenigen Parametern, die diese Strukturelemente des Fahrzeugs in ihrem geometrischen Ausmaß beschreiben, durch einfachen Vergleich des realen Signalverlaufs mit dem theoretischen Verlauf aus dem Mustersignalverlauf der Crashtyp und die relative Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Hindernis und Fahrzeug ermittelt und die notwendigen Rückhaltemittel (z.B. Airbag) und Ausgänge (z.B. Wamblinker, ...) aktiviert werden.
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Ein solcher Vergleich kann auf Basis eines Mustersignalverlaufs durchgeführt werden, wobei der Mustersignalverlauf eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine mittlere Beschleunigung (z.B. gemittelt über 10 ms), einen Kraftverlauf, einen Druckverlauf, einen Wegverlauf oder eine weitere physikalische Größen repräsentiert, die sich im Verlauf des Crashs verändert.
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Durch diesen Vergleich können bei Bereitstellung von entsprechenden Mustersignalverläufen folgende Crashtypen sehr einfach unterschieden werden:
- - Flat Frontal
- - Winkelcrash
- - Pfahlcrash
- - AZT (AZT = Alliance Zentrum Technik, bei dem ein Crash zur Versicherungseinschätzung vorgegeben wurde)
- - ODB (ODB = Offset Crash mit deformierbarer Barriere)
- - Fahrzeug-Fahrzeug-Crash und
- - Sonstige Unfälle.
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Die wichtigsten Vorteile der Verwendung des „Basic Line Algorithmus“ können wie folgt zusammengefasst werden:
- - Die Auswertung ist einfacher, d.h. bei der Abarbeitung reichen wenige Parameter aus (die betreffenden Parameter können auch direkt am Fahrzeug ausgemessen werden).
- - Aus diesem Grund ist der vorgestellte Ansatz auch weniger fehleranfällig
und
- - kostengünstiger.
- - Außerdem ist mit den bereitgestellten Mustersignalverläufen auch eine schnellere Erkennung eines Unfallszenarios möglich, was in einem Realtime-System mit begrenzten Rechenressourcen besonders relevant ist, da oftmals einem Realtime-Zyklus für Software und Algorithmus nur eine kurze Zeitspanne von beispielsweise 500 µs zur Verfügung stehen.
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Die Beschleunigungssignale (d. h. beispielsweise die Signale des Sensors 120) werden während des Crashs im Realtime-Modus analysiert. Zur Analyse werden die Werte beispielsweise aus dem Fensterintegral der Beschleunigungssignale verwendet (z.B. wird hierzu in der Auswerteeinheit 130 ein Fensterintegral mit 8 ms Laufzeit gebildet wobei der Wert pro Fahrzeugtyp in der Applikation eingestellt wird). Wenn eine Rauschschwelle überschritten ist, dann startet der „Basic Line Algorithmus“ mit der Berechnung. Die Informationen über Gradient, Breite, Maximal- / Minimalwert, Wendepunkte und/oder Amplitudenhöhe werden zeitlich mit den theoretischen Verläufen des Mustersignalverlaufs 200 verglichen. Die Höhe des ersten Maximums im Vergleich zur Höhe des ersten Maximums des Mustersignalverlaufs korreliert pro Crashtyp mit einer theoretisch berechneten Geschwindigkeit. Fällt der Signalverlauf wieder ab, lässt sich über die Breite des ersten Maximums im zeitlichen Verlauf im Vergleich zur Breite des ersten Maximums des Mustersignalverlaufs der aufgetretene Crashtyp (d.h. das während der Fahrt eingetretene Unfallszenario) bestimmen. Damit wird schon frühzeitig eine Information über einen möglichen Crashtyp oder das Unfallszenario verfügt, die im weiteren zeitlichen Verlauf des Signals (gegenüber dem Verlauf des Mustersignalverlaufs) verifiziert wird.
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Der Vergleich inklusive der Verifizierung erfolgt beispielsweise folgendermaßen: Für jeden Messwert ab einem Überschreiten der Rauschschwelle wird pro Crashtyp (d.h. pro Mustersignalverlauf) zumindest ein Vergleich ausgeführt. Die Abweichungen zwischen theoretischem Signalverlauf des Mustersignalverlaufs und realem Signalverlauf (d.h. dem Verlauf des Signals vom Sensor) werden pro Crashtyp (d.h. mit den entsprechenden einzelnen Mustersignalverläufen) verrechnet, beispielsweise betragsweise aufsummiert, und es wird eine Wahrscheinlichkeit pro Crashtyp bestimmt, dass dieser Crashtyp tatsächlich aufgetreten ist. Der Crashtyp, dessen zugehöriger Mustersignalverlauf die geringste Abweichung gegenüber dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals aufweist, erhält die höchste Wahrscheinlichkeit und wird somit ausgewählt Zu jedem Crashtyp kann (wie beispielsweise vorstehend beschrieben aus der Höhe und Breite des ersten Maximums) eine Geschwindigkeit geschätzt werden, die auf eine eindeutige Auslösezeit als Auslöseparameter schließen lässt.
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Es wird beispielsweise die zum wahrscheinlichsten Crashtyp gehörige Auslösezeit als Auslöseparameter für die Auslösung der notwendigen Personenschutz- oder Rückhaltemittel (z.B. Airbag oder Gurtstraffer) und/oder der Ausgänge (z.B. Wamblinker, ...) gewählt und an die entsprechende Zündstufe für dieses Personenschutzmittel weitergeleitet.
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Bis zum Zeitpunkt der gewünschten Auslösung des Personenschutzmittels wird die verbleibende Zeit genutzt, um den Crashtyp zu verifizieren.
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Sollte es sich bei der Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Signals vom Sensor allerdings herausstellen, dass die erste ansteigende Flanke dieses zeitlichen Verlaufs einen ersten vorgegebenen Wert, z.B. 25 g, bereits überschreitet, dann liegt ein so genannter Hochgeschwindigkeitscrash vor, der zur sofortigen Aktivierung eines ersten Personenschutzmittels oder der ersten Rückhaltemittelschwelle führt (z.B. Gurtstraffer), und bei Erreichen einer weiteren höheren Schwelle, z.B. 35 g, wird ein zweites Personenschutzmittels oder eine zweite Rückhaltemittelschwelle aktiviert (z.B. Airbag erste Stufe). Mögliche Alternativen ergeben sich durch den Einsatz unterschiedlicher Sensoren für die Bereitstellung des Sensorsignals an die Auswerteeinheit 130.
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Der Basic Line Algorithmus kann für alle Arten von Crashsignalen eingesetzt werden. Es können z.B. Beschleunigungssignale, Drucksignale, Wegsignale, Kraftsignale, ... mit immer derselben Vorgehensweise verarbeitet werden, um die richtigen Rückhaltemittel (z.B. Airbag) und Ausgänge (z.B. Wamblinker, ...) zu aktivieren.
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Die 3a bis 3c zeigen Darstellungen von realen und theoretischen Signalverläufen, wobei zeitlichen Verläufe 300 des Sensorsignals gestrichelt dargestellt sind und die Mustersignalverläufe 200 mit einer durchgezogen Linie dargestellt sind. Dabei ist durch die gestrichelten Linie 300 der zeitliche Verlauf der Mittelwerte der Beschleunigungssignale über 5 ms (d.h. bei Verwendung eines Fensterintegral von 5 ms Länge) abgebildet. In den 3a bis 3c ist ferner auf der Abszisse die Zeit t in ms und auf der Ordinate die (die das Fensterintegral Tiefpass-) gefilterte Beschleunigung a in der Einheit g aufgetragen. In der 3a sind schematisch die zeitlichen Signalverläufe eines Aufpralls eines Pfahls auf einen VW Polo mit einer Relativgeschwindigkeit von 35,28 km/h dargestellt. In der 3b sind schematisch die zeitlichen Signalverläufe eines Aufpralls eines Pfahls in einem Winkel auf einen VW Polo mit einer Relativgeschwindigkeit von 34,4 km/h dargestellt, wogegen in der 3c schematisch die zeitlichen Signalverläufe eines Frontalaufpralls auf einen VW Polo bei einer Relativgeschwindigkeit von 49,32 km/h dargestellt ist.
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Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren 400 zur Bestimmung von zumindest einem Auslöseparameter eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs. Das Verfahren 400 weist dabei einen Schritt des Bereitstellens 410 von mindestsens zwei Mustersignalverläufen eines möglichen Signals eines Sensors für eine physikalische Größe auf, wobei jeder der Mustersignalverläufe einen zeitlichen Verlauf der physikalischen Größe bei einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug an einer unterschiedlichen Stelle des Fahrzeugs und/oder bei einem Aufprall des Objektes unter einem unterschiedlichen Winkel auf das Fahrzeug abbildet, wobei jedem der Mustersignalverläufe zumindest ein Auslöseparameter für einen Algorithmus zur Auslösung des Personenschutzmittels zugeordnet ist. Weiterhin weist das Verfahren 400 einen Schritt des Einlesens 420 eines Sensorsignals, das die von einem Sensor gemessene physikalische Größe repräsentiert. Auch umfasst das Verfahren 400 einen Schritt des Vergleichens 430 von Werten eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals mit Werten der zumindest zwei Mustersignalverläufen, wobei im Schritt des Vergleichens derjenige Mustersignalverlauf ausgewählt wird, der in zumindest einem Zeitabschnitt des Mustersignalverlaufes oder einer skalierten Form des Mustersignalverlaufes eine geringere Abweichung von dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals aufweist. Schließlich umfasst das Verfahren 400 einen Schritt des Ermittelns 440 des zumindest einen Auslöseparameters des ausgewählten Mustersignalverlaufs für den Algorithmus zur Auslösung des Personenschutzmittels.
