DE10202908B4

DE10202908B4 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung eines Detektionsbereiches eines Pre-Crash-Sensorsystems

Info

Publication number: DE10202908B4
Application number: DE10202908A
Authority: DE
Inventors: Rainer Moritz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2022-01-26
Also published as: WO2003062020A3; WO2003062020A2; DE10202908A1

Abstract

Precrash-Sensierungsverfahren, bei dem ein Detektionsbereich (d_max, d_min) dadurch ermittelt wird, dass ein maximaler Detektionsabstand (d_max) ermittelt wird in Abhängigkeit von mindestens: einer Anspannzeit (t_spann) einer Sicherheitseinrichtung des Fahrzeugs und einer Fahrzustandsgröße (V_eigen, a_eigen, W_g, eigen) des Fahrzeugs, eine Aufprallwahrscheinlichkeit aus Fahrzustandsgrößen und Messdaten ermittelt wird, und in dem Fall, dass eine Aufprallwahrscheinlichkeit einen Schwellwert überschreitet, vor einem Aufprall eine Auslöseschwelle eines Ansteueralgorithmus eines pyrotechnisch zündbaren Rückhaltemittels eingestellt wird und/oder mindestens ein reversibles Rückhaltemittel, vorzugsweise ein reversibler elektro-motorischer Gurtstraffer und/oder elektromagnetische oder elektromotorische Verstelleinrichtungen zur Einstellung einer Fuß-, Knie- oder Kopfposition, betätigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung eines Detektionsbereiches eines Pre-Crash-Sensorsystems.
Zur Ermittlung möglicher Unfälle von Kraftfahrzeugen sind Pre-Crash-Sensierungsverfahren bekannt. Diese Verfahren bedienen sich non-taktiler Sensorik, die im Fahrzeugumfeld zum Beispiel eine Relativgeschwindigkeit, eine Zeit bis zu einem erwarteten Aufprall, einen Aufprallwinkel und einen erwarteten Aufprallort eines Objektes auf Kollisionskurs ermitteln. Darüber hinaus können Aufprallwahrscheinlichkeiten ermittelt und mittels Videosensorik Objekte diskriminiert und Objektklassen zugeordnet werden.
Die Pre-Crash-Sensierung ist eine Funktion der passiven Sicherheit des Fahrzeuges und unterteilt sich in drei Stufen. Diese Stufen bauen in funktioneller Hinsicht aufeinander auf, da sie jeweils ein höheres Maß an Komplexität und Sensorfähigkeit erfordern. Weiterhin folgen diese Stufen auch in zeitlicher Hinsicht bis zum Crashereignis aufeinander.
Die erste Stufe wird im allgemeinen PRESST (”PREcrash SETting of algorithm thresholds”) genannt und betrifft eine Anpassung der Auslöseschwellen der Ansteueralgorithmen konventioneller pyrotechnisch zündbarer Rückhaltemittel. Die Ansteuerung der pyrotechnisch zündbaren Rückhaltemittel erfolgt hierbei erst nach Crashbeginn, da der Algorithmus neben der Precrash-Information ebenfalls die konventionelle Beschleunigungssensorik berücksichtigt. Die zweite Stufe wird im allgemeinen PREFIRE (”PREcrash Flring of reversible REstraints”) genannt und betrifft eine Zündung reversibler Rückhaltemittel aufgrund der Precrash-Sensorinformationen bereits vor Crashbeginn. Die dritte Stufe wird als PREACT (”PRecrash Engagement of ACTive safety”) bezeichnet. Bei ihr werden bei der Erkennung einer Unfallwahrscheinlichkeit, die über einen zu definierenden Schwellwert hinausgeht, Systeme der aktiven Sicherheit, insbesondere Bremsen, Motorsteuerung, Lenkung, aktiviert.
Die Detektion und Ermittlung der für die Precrash-Sensierung erforderlichen Nutzdaten erfolgt über geeignete Sensoren in einem von dem jeweiligen Sensor abhängigen Detektionsbereich. Die Betätigung der jeweiligen Sicherheitseinrichtung oder des Fahrzeugssystems der aktiven Sicherheit erfolgt jeweils innerhalb einer Ansprechzeit bzw. Anspannzeit.
Bei herkömmlichen Precrash-Sensierungsverfahren werden in der Regel sämtliche von dem Sensorsystem erfaßten Daten über Gegenstände auf der Fahrbahn zur Berechnung einer Aufprallwahrscheinlichkeit herangezogen. In diesem Fall führt der Umfang der ermittelten Datenmenge zu einem erheblichen Rechenaufwand und ggf. unnötigen Precrash-Maßnahmen. Weiterhin kann ein Detektionsbereich durch einen vorbestimmten minimalen Detektionsabstand und einen vorbestimmten maximalen Detektionsabstand festgelegt werden, wodurch die Datenmenge begrenzt wird. Eine derartige Festlegung des relevanten Detektionsbereiches ist jedoch nicht unproblematisch, da sie den jeweiligen Gegebenheiten der jeweils auftretenden Fahrsituationen nicht Rechnung trägt.
Aus DE 197 49 838 A1 ist die Verwendung von Precrash-Sensoren bekannt, deren Signal unabhängig vom tatsächlichen Eintreten oder Ausbleiben eines Aufpralls herangezogen wird und zwar zu einer Betätigung von Komponenten eines Rückhaltesystems derart, dass deren Einstellungen optimiert werden, wobei nach Ausbleiben eines Aufpralls innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums die so betätigten Komponenten wieder in ihre ursprüngliche Einstellung oder Position verfahren werden. DE 199 60 644 A1 zeigt, dass wenigstens ein Precrash-Sensor vorgesehen ist, auf dessen einen Aufprall des Fahrzeugs als unmittelbar bevorstehend anzeigendes Signal hin die jeweiligen reversiblen Rückhaltekomponenten wie elektrisch betriebene Gurtstraffer in einen voraktivierten Zustand oder eine Startposition gebracht werden. Aus DE 195 46 715 A1 ist eine Airbagsensorik bekannt, bei der in einer Karosserietür Sensoren integriert sind, die jeweils eine Sende- und Empfangsstufe aufweisen, mit der ein Mikrowellensignal abgestrahlt wird, dessen Antennenkeule eine geringere Halbwärtsbreite aufweist und lotrecht auf der Türoberfläche steht. Die an einem sich nähernden Kollisionsobjekt reflektierten Mikrowellensignale werden auf eine Auswerteeinheit zur Generierung eines Freigabeimpulses gegeben. Bei der Generierung des Freigabeimpulses in einer Auswerteeinheit wird die Integrationszeit des Messvorgangs der Dopplerimpulse berücksichtigt. Insbesondere kann die Integrationsstrecke der Sensorik adaptiv ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 weist demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, daß eine Bestimmung eines Detektionsbereiches für eine jeweilige Fahrsituation möglich ist, die die Erfassung sämtlicher für Unfälle relevanter Gegenstände gewährleistet und dennoch eine geeignete Begrenzung des De tektionsbereiches und somit der ermittelten Sensordaten ermöglicht. Die Ermittlung des geeigneten Detektionsbereiches ist hierbei vorteilhafterweise mit relativ geringem zusätzlichen apparativen Aufwand oder Rechenaufwand möglich. Hierbei wird ein Precrash-Sensierungsverfahren geschaffen, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Detektionsbereiches verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Precrash-Maßnahmen nur für Gegenstände relevant sind, deren wahrscheinlicher Aufprall voraussichtlich in einem zeitlichen Abstand erfolgt, der oberhalb der Anspannzeit der zu betätigenden Sicherheitseinrichtungen und Fahrzeugsysteme liegt. Erfindungsgemäß wird nunmehr aus der Anspannzeit einer Sicherheitseinrichtung bzw. den Anspannzeiten mehrerer Sicherheitseinrichtungen und Fahrzustandsgrößen des Fahrzeuges ein maximaler Detektionsabstand ermittelt. Der maximale Detektionsabstand kann vorzugsweise als Summe der innerhalb der Anspannzeit voraussichtlich zurückgelegten Wegstrecke – die durch zeitliche Integration der dynamischen Eigenschaften, insbesondere der Fahrzeugsgeschwindigkeit und der Fahrzeug-Längsbeschleunigung ermittelt werden kann – und einer geeigneten Meßdistanz erfolgen. Die Meßdistanz kann hierbei vorgegeben sein oder in Abhängigkeit von Sensoreigenschaften oder Fahrzustandsgrößen festgelegt werden. Entsprechend kann weiterhin ein minimaler Detektionsabstand aus der Anspannzeit und Fahrzustandsgrößen ermittelt werden, der zusammen mit dem maximalen Detektionsabstand den Detektionsbereich festlegt.
Erfindungsgemäß kann ein von dem Sensorsystem erfaßtes Objekt klassifiziert werden und die ermittelte Objektklasse – zum Beispiel Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Fußgänger, Motorrad- oder Fahrradfahrer – bei der Einstellung der Sicherheitseinrichtungen berücksichtigt werden. Die einzustellenden Sicherheitseinrichtungen können erfindungsgemäß sowohl in der eingangs erwähnten PRESST-Stufe die Auslöseschwellen der Ansteuerlogithmen für konventionelle pyrotechnisch zündbare Rückhaltemittel als auch in der eingangs beschriebenen PREFIRE-Stufe reversible Rückhaltemittel sein. Derartige reversible Rückhaltemittel können sowohl dem Schutz von Fahrzeuginsassen, zum Beispiel als reversible elektro-motorische Gurtstraffer, elektro-motorische oder elektro-magnetisch betriebene Paddings, die Knie oder Füße oder auch Genick und Kopf im Crashfall durch Betätigung geeigneter Verstelleinrichtungen schützen, als auch von Passanten dienen. Weiterhin können in der eingangs genannten PREACT-Stufe bei den erfindungsgemäßen Precrash-Sensierungsverfahren bei Erkennung einer Unfallwahrscheinlichkeit, die über einen zu definierenden Schwellwert hinausgeht, Systeme der aktiven Sicherheit, insbesondere Bremsen, Motorsteuerung, Lenkung, aktiviert werden.
Erfindungsgemäß wird vorteilhafterweise ein kombiniertes Sensorkonzept verwendet, das eine langreichweitige Sensoreinrichtung, vorzugsweise mit einer hochfrequenten bzw. kurzwelligen Radarsensoreinrichtung, eine mittelreichweitige Sensoreinrichtung, vorzugsweise als stereoskopische Videosensoreinrichtung mit geeignetem Öffnungswinkel, und eine kurzreichreichweitige Sensoreinrichtung, insbesondere mit einen System von mehreren Radarsensoren auf niederfrequenter bzw. kurzwelliger Basis umfaßt. Diese Sensoreinrichtungen werden zu einem Sensorsystem zusammengefaßt, das somit eine Einstellung eines als relevant ermittelten Detektionsbereiches über einen großen Längenbereich ermöglicht. Zusätzlich zu den Sensorsignalen werden Daten über den Fahrzustand des Fahrzeuges aus fahrzeugeigenen Sensoren bzw. hieraus abgeleitete Größen verwendet. Neben einer geradlinigen Bewegung des Fahrzeuges kann hierbei aus zum Beispiel dem eingestellten Lenkwinkel oder einer ermittelten Gierrate des Fahrzeuges auch ein Detektionsbereich bei einer Kurvenfahrt ermittelt werden.
Erfindungsgemäß kann die Ermittlung des Detektionsbereiches sowohl während eines stabilen Fahrzustandes als auch während eines Schleudervorganges ermöglicht werden, wobei während eines Schleudervorganges zum Beispiel Daten einer Fahrdynamikregelung bzw. eines Antiblockiersystemes verwendet werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem auf einer Fahrbahn;
2 eine Seitenansicht der Darstellung von 1 mit Objekten auf der Fahrbahn;
3 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug auf gerader und kurviger Bahn;
4 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Gemäß 1 fährt ein Fahrzeug 1 auf einer geraden Fahrbahn 2 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit v_eigen und einer Längsbeschleunigung a_eigen. An dem Fahrzeug ist ein Sensorsystem mit drei Sensoreinrichtungen vorgesehen. Eine kurzreichweitige erste Sensoreinrichtung 4, die mehrere Radarsensoren auf 24 GHz-Basis verwendet, ist für einen ersten Meßbereich 5 über einen ersten Abstand bis 7 mit einem ersten Öffnungswinkel von 140° vorgesehen. Eine mittelreichweitige zweite Sensoreinrichtung 6 weist ein Videosystem, zum Beispiel ein stereoskopisches Videosystem, auf und wird für einen zweiten Meßbereich mit einem zweiten Abstand von ca. 40 m und einem zweiten Öffnungswinkel von ca. 35° verwendet werden. Eine langreichweitige dritte Sensoreinrichtung 8 verwendet einen 77 GHz-Radarsensor und deckt einen dritten Meßbereich mit einem dritten Abstand von 9 bis ca. 150 m und einem dritten Öffnungswinkel von 8° ab. Der Öffnungswinkel ist hierbei klein gewählt, da diese Reichweite nur bei höheren Geschwindigkeiten auf Strecken mit geringem Kurvenradius, insbesondere Autobahnen, benötigt wird.
Gemäß 2 erfaßt die kurzreichweitige Sensoreinrichtung 4 ein erstes Fahrzeug 12 als Objekt auf der Fahrbahn 2 bei einem Abstand d von 6 m und die in 2 nicht gezeigte mittelreichweitige Sensoreinrichtung 6 ein zweites Fahr zeug 13 bei einem Abstand von 20 m zu dem Fahrzeug 1. Die beiden erfaßten Objekte 12, 13 können von der zweiten Sensoreinrichtung 6 in an sich bekannter Weise klassifiziert und der Objektklasse ”Personenkraftwagen” zugeordnet werden.
Gemäß 4 geben die ersten, zweiten und dritten Sensoreinrichtungen 4, 6, 8 erste, zweite und dritte Sensorsignale s₁, s₂, s₃ an eine Auswerteeinrichtung 10 des Fahrzeuges 1. Hierbei können die ersten Ausgangssignale s₁ z. B. auch zusätzlich für eine Einparkhilfe verwendet werden. Die Auswerteeinrichtung ermittelt aus den Sensorsignalen s₁, s₂, s₃ und Fahrzustands-Signalen p über verschiedenen Fahrzustandsgrößen, insbesondere die Eigengeschwindigkeit v_eigen, die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit a_eigen, die Fahrzeug-Gierrate ωg_eigen und ggf. Daten über das Schleuder- bzw. Schlupfverhalten des Fahrzeuges Ansteuersignale a1 für eine Sicherheitseinrichtung 14 bzw. mehrere Sicherheitseinrichtungen, insbesondere reversible Rückhaltemittel, wie zum Beispiel reversible elektro-motorische Gurtstraffer und elektro-motorische oder elektromagnetsich betriebene Paddings zur Einstellung einer Knie-, Fuß-, Genick- oder Kopfposition, wobei hierzu z. B. die Pedalerie und die Kopfstütze des Fahrzeugsitzes verstellt werden können. Weiterhin werden durch Ansteuersignale a₂ aktive Fahrzeugsysteme 16, zum Beispiel Bremsen, eine Motorsteuerung und eine Lenkung, angesteuert.
Die Auswerteeinrichtung 10 berechnet hierbei einen Detektionsbereich mit einem maximalen Detektionsabstand d_max und einem minimalen Detektionsabstand d_min. Zunächst wird d_max berechnet als dmax = 0,5 aeigen·t2 spann + veigen·tspann + dmess mit a_eigen = Eigenbeschleunigung des Fahrzeuges, t_spann = Anspannzeit der Sicherheitseinrichtung 14, v_eigen = aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und d_mess = Meßdistanz, die zum Beispiel auf 5 m festgelegt sein kann und den jeweiligen Fahrgegebenheiten angepaßt werden kann.
Diese Formel kann direkt verwendet werden für die geradlinige Bewegung der 1, 2, die entsprechend in 3 als geradlinige Fahrbahn vor dem Fahrzeug 1 gezeigt ist. Die ersten beiden Summanden dieser Formel berechnen – bei einer geradlinigen Bewegung ohne Schleuderverhalten – die aufgrund der aktuellen Fahrzustandsgrößen a_eigen und v_eigen in der Anspannzeit zurückgelegte Wegstrecke. Als dritter Summand wird die Meßdistanz hinzugefügt. d_max kann hierbei laufend – durch neue Daten a_eigen und v_eigen – aktualisiert werden. Die Anspannzeit t_spann der Sicherheitseinrichtung 14 ist im allgemeinen vorgegeben und liegt zum Beispiel zwischen 100 ms–500 ms. Die obige Berechnung kann für mehrere Anspannzeiten oder aber die größte Anspannzeit t_spann durchgeführt werden.
Falls keine geradlinige Bewegung, sondern eine Fahrt auf kurviger Bahn vorliegt, wie sie in 3 ergänzend gezeigt ist, wird – falls kein Schleuderverhalten vorliegt – d_max gemäß der gepunkteten Linie auf einem Kreisabschnitt zurückgelegt, so daß der für das Sensorsystem relevante geradlinige, korrigierte maximale Detektionsabstand d'_max sich als entsprechende Kantenlänge des gebildeten Segmentes errechnet gemäß: d'max = 2r sin(dmax/(2r))wobei r der Kurvenradius des Fahrzeugs ist.
Als Beispiel sei für die Sicherheitseinrichtung 14 ein Mittel zum Fußgängerschutz mit einer Ansprechzeit bzw. Anspannzeit von t_spann = 500 ms gewählt, das bei Crashbeginn seine volle Wirkung entfaltet haben muß.
Das Fahrzeug hat:
eine momentane Eigengeschwindigkeit von v_eigen = 500 km/h = 13,9 m/s,
es fährt geradeaus (Lenkwinkel α_l = 0°, Gierrate ω_g,eigen = 0°/s),
es hat keine Eigenbeschleunigung (a_eigen = 0 m/s²),
es liegt kein Schleudervorgang vor.
Als Meßdistanz d_mess werden 5 m appliziert. Gemäß obiger Formel für eine Geradeausfahrt ergibt sich ein d_max von 11,95 m. Tritt nun ein Objekt in den Detektionsbereich < d_max ein, erfassen die Sensieralgorithmen der verschiedenen Sensorsysteme und der Auswerteeinrichtung 10 das Objekt und ermitteln eine Relativgeschwindigkeit, eine Zeit bis zu einem erwarteten Aufprall, einen Aufprallwinkel und einen erwarteten Aufprallort, ggf. eine Aufprallwahrscheinlichkeit und eine Klassifizierung des Objektes. d_min ist zunächst auf d_min = d_max – d_mess und eine Entscheidungszeit auf t_entscheid = d_mess/(v_eigen + Sicherheitszuschlag) gesetzt. Bei entsprechendem Fahrzeugverhalten, zum Beispiel einer Bremsenbetätigung und einem Lenkvorgang zum Ausweichen, ändern sich entsprechend die Parameter, so daß zum Beispiel die Eigengeschwindigkeit v_eigen fällt, die Eigenbeschleunigung a_eigen steigt und der Lenkwinkel steigt, bevor dran des detektierten Objektes überschritten wird. Die Auswerteeinrichtung 10 ermittelt für das Objekt folgende Daten:
Das Objekt hat

– keine Eigengeschwindigkeit relativ zum Fahrzeug,
– wird als Fußgänger klassifiziert,
– befindet sich direkt vor dem Fahrzeug.

Eine Aufprallwahrscheinlichkeit (Wert zwischen 0 und 1) wird kontinuierlich berechnet und überschreitet zu einem Zeitpunkt zeitlich vor t_entscheid die applizierbare Schwelle von 0,8, so daß ein Crash, der das Rückhaltesystem benötigt, mit hinreichender Wahrscheinlichkeit erwartet wird. drin wird jetzt analog zur Berechnung von d_max berechnet. Entscheidungsstrategien legen fest, wann ein entgültiges d_min ermittelt wird. Eine komplexere Ermittlung von t_entscheid ist ebenfalls möglich. Eine Änderung der Ansprechzeit bzw. Anspannzeit t_spann aufgrund der ermittelten Daten, insbesondere der Objektklasse und der Relativgeschwindigkeit, ist weiterhin möglich.
Erfindungsgemäß kann d_max jeweils auf einem möglichst niedrigen Wert gehalten werden, so daß die Rechenleistung minimiert ist und dennoch die Funktion voll gewährleistet ist. d_min kann ebenfalls möglichst niedrig gehalten werden, um möglichst viele Informationen über das Objekt zu erhalten und somit die Qualität und Toleranz der Sensorinformation zu maximieren.
Die verschiedenen Sicherheitseinrichtungen 14 können für verschiedene Situationen verschiedene Aufgaben und damit unterschiedliche Anspannzeiten haben. Hierbei kann zum Beispiel der Kraftaufbau in einem Gurtstraffer abhängig von der Aufprallwahrscheinlichkeit sein.