DE10243397A1

DE10243397A1 - Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahme für KfZ-Insassen und Fußgänger

Info

Publication number: DE10243397A1
Application number: DE2002143397
Authority: DE
Inventors: Martin Spies; Johann Spies
Original assignee: Spies Martin Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Spies Martin Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: DE10243397B4

Abstract

Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger, bestehend aus einem Abstandssensor, der die Abstände und Annäherungsgeschwindigkeit in Winkelsektoren bestimmt und in definierten Abständen über einen Bildsensor Bilder der sich annähernden Objekte aufnimmt und diese Bilder mit der Entfernungsmessung korreliert und mittels der Ergebnisse die Schutzmaßnahmen auswählt und vor dem eigentlichen Aufprall auslöst.

Description

Stand der Technik
Für die Aktivierung von Schutzmaßnahmen für Insassen sind Sensorsysteme bekannt, die die Beschleunigung durch den Aufprall auswerten, insbesondere durch Integration dieser Beschleunigung zu einer Geschwindigkeit und nach Erreichen eines bestimmten Wertes dieser Geschwindigkeit die Schutzmaßnahmen auslösen. Eine bessere Beurteilung der Aufprallgeschwindigkeit und schnellere Reaktion bei hohen Differenzgeschwindigkeiten wird durch sogenannte Precrash-Sensoren erreicht. Die Auslösung der Schutzmaßnahmen erfolgt aber nur im Zusammenhang mit einer durch den Aufprall auftretenden Beschleunigung. Damit können Schutzmaßnahmen nur sehr spät eingeleitet werden. Durch die notwendige, rasche Reaktion der Schutzmaßnahmen stellen diese ihrerseits ein hohes zusätzliches Verletzungsrisiko dar.
Beschreibung der Erfindung
Zielsetzung der Erfindung ist es eine Auslösung von Schutzmaßnahmen sowohl für den Schutz der Fahrzeuginsassen, als auch für Fußgänger oder Radfahrer vor dem Aufprall zu erreichen.
Die Erfindung wird Anhand der 1 bis 5 im folgenden beschrieben: Entsprechend 1 besteht das Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für Kfz-Insassen und Fußgänger aus mindestens zwei Precrash-Sensoren die in der Einheit 101 zusammengefasst sind. Die Sensoren werden z. B. durch einen Mehrbereichabstandssensor nach dem Laufzeitverfahren elektromagnetischer Impulse vorwiegend im nahen Infrarotbereich realisiert, der einen horizontalen Bereich 102 mit einzelnen Sektoren 103 abdeckt und einem bildverarbeitenden Sensor der angesteuert vom Abstandssensor in den Abstandsbereichen z. B. 104, 105 und 106 jeweils ein Bild mit entsprechend kurzer Belichtungszeit von der Szene aufnimmt. Der Mehrbereichabstandssensor ermittelt jeweils die Abstände in kurzen Zeitabständen z. B. 10 ms. Damit kann über die Auswertung mehrerer Abstände die Geschwindigkeit in den einzelnen Sektoren errechnet werden. Dadurch, dass durch die Kombination aus Mehrbereichsabstandsensor und Bildsensor sowohl die Annäherungsdaten als auch die Objektdaten und Begegnungswinkel zur Verfügung stehen, können die Signale der Precrash-Sensoren in der Einheit 101 zu folgenden Daten ausgewertet werden. Annäherungsgeschwindigkeit 107, Objektausdehnung 108, Objektart 109 voraussichtlicher Aufprallwinkel 110 und voraussichtlicher Aufprallort am Fahrzeug 111. In einem Speicher 112 befindet sich die Datenbasis für die aus den Daten 107 bis 111 die zu erwartende Unfallentwicklung, sowie die dazu nötigen fahrzeugspezifischen Merkmale wie Crashverhalten, lagespezifische Knautschzone, Intrusionswege, freie Wege zu Insassenkörperteilen. Im Rechner 113 wird durch Auswertung der Precrashdaten 107, 108, 109, 110 und 111 auf Basis der Unfallentwicklung aus dem Speicher 112 eine Schadensminderungsstrategie ermittelt, z. B. durch Anwendung einer unscharfen (Fuzzy) Logik. Das Ergebnis wird zur Selektion und Ansteuerung der Schutzmaßnahmen und deren zeitlichen Folge verwendet. Das Ergebnis wird einerseits über die Schnittstelle 114 als Steuerung der Längsverzögerung oder/und von Lenkmanövern dem Fahrzeugsystem 116 übermittelt, andererseits dient das Ergebnis zur Steuerung von Schutzsystemen 117 über den Schnittstellenbaustein 115.
2 zeigt den Aufbau eines solchen Systems. Es besteht aus drei baugleichen Precrash-Sensoren für Frontaufprall 201, für die rechte Seite 230 und für die linke Seite 240. Jeder Sensor besteht wie beim Precrash-Sensor Front 201 detailliert aus z. B. einem Mehrkanallichtempulsempfänger 203 mit seiner Optik 202, dem optischen Sperrfilter 202a, einem Mehrkanallichtempulssender 205 mit der Optik 204 und einer Einheit 206, die die Signalakquisition und die Zeitsteuerung dieses mehrkanaligen Entfernungssensors beinhaltet. Zugleich beinhaltet der Sensor 201 eine oder mehrere CMOS Kameras 208 mit ihrer jeweiligen Optik 207 und den jeweiligen optischen Sperrfilter 207a. Im System befindet sich eine IR-Blitzquelle 210, die in der Lage ist sehr kurze, mit Zeiten im Bereich 0,1–1 ms liegende, Blitze über die Optik 209 auf die Szene abzugeben. Der Baustein 212 wertet die Abstände und die Abstandsänderungen in den jeweiligen Sektoren 103 aus und steuert über den Baustein 211 die IR-Blitzquelle 210 an, so dass z. B. jeweils bei den gewählten Abständen 104, 105 und 106 (1) Bilder entstehen, die im Baustein 211 z. B. zu Kontrastdifferenzbildern konvertiert und danach ausgewertet werden. Die Abstände, Abstandsänderungen und Kontrastdifferenzbilder werden im Baustein 212 zur Erkennung der Hindernisse und deren Gefährdungsart und Potential ausgewertet und über den Baustein 231 an einen optischen BUS 216 oder den CAN BUS 215 weitergegeben. Der Baustein 215 übernimmt zugleich die Stromversorgung für den jeweiligen Precrash-Sensor und wird aus dem Fahrzeugnetz 214 mit der jeweiligen Bordspannung von z. B. 12 V bis 48 V gespeist.
Das oder die Ergebnisse aus den einzelnen autarken Precrash-Sensoren werden über den optischen BUS 216 dem Baustein 217 zugeführt. Dieser Baustein bewerkstelligt den Selbsttest des Gesamtsystems, beinhaltet den Fehlerspeicher und übernimmt die Steuerung der Auslösung und die Steuerung der (Leistungs-) Endstufen für die Front- 218 und für die Seiten-Schutzmaßnahmen 219. Die Frontentstufen 218 steuern die entsprechenden Maßnahmen 220 wie Gurtstrammer Airbags und Fußgängerschutz an. Die Endstufen für die Seitenbereiche 219 steuern die Maßnahmen 221 wie Seitenairbags und Intrusionsschutz an. Die Vorgänge im jeweiligen Precrash-Sensor entsprechend 2 201 sind in 3 erläutert. Der Entfernungs-Sensor mit seiner horizontalen Erfassung 102 und den einzelnen Sektoren 103 erfaßt z. B. ein Fahrzeug 303 im Sektor 304 bei der Entfernung 306 und im Sektor 305 bei der Entfernung 307 innerhalb der z. B. 10m Grenze 302. Der IR-Blitz für die Bildung eines Objektbildes wird bei z. B. einer Entfernung von 6m im Bereich 308 ausgelöst. Wird der Abstand von z. B. 5m 301 durch das Fahrzeug 303 unterschritten, wird im Bereich 310 bis 313 der zweite Blitz und die Bildakquisition ausgelöst. Dringt das Fahrzeug 303 nun in den Bereichen 310 bis 313 ein, werden diese Sektoren mit erhöhter Abtastgeschwindigkeit des Abstandssenors betrieben. 3a zeigt z. B. das Kontrastdifferenzbild 308 von der Umgebung und dem Fahrzeug 303 wobei einige Zeilen aus dem Bild an der Stelle 313 herausgenommen sind und Helligkeitswerte über die Bildhorizontale in den Kurvenzügen 309, 310 und 311 dargestellt sind. Diese Kurvenzüge zeigen die signifikanten Merkmale des Fahrzeuges 303, wie Glanzpunkte 312 und Fahrzeugausdehnung 320 und 321. Die nächste Stufe der Annäherung ist in 3b als Kontrastdifferenzbild 314 gezeigt. Die herausgenommenen Zeilen im Bereich 319 zeigen in den Kurvenzügen 315, 316 und 317 die Glanzpunkte 318 und die Fahrzeugbegrenzungen 322 und 321. In Erweiterung können natürlich auch Fahrzeugformen und Fahrzeugarten aus dem Kontrastdifferenzbild abgeleitet werden, wie die Bilder 308 und 314 deutlich zeigen. Wird in Weiterentwicklung der Erfindung die Wellenlänge der Mehrkanalsender 205 und der IR-Lichtblitzquelle 210 identisch gewählt, so können die Filter 202a und 207a die gleiche wellenlängenabhängige Durchlässigkeit aufweisen. Damit sind über die CMOS-Kamera 208 auch die Laserblitze des Mehrkanalsenders 205 detektierbar. Dadurch wird z. B. eine weiter erhöhte Sicherheit der Objektbeurteilung und Beurteilung der Annäherungssituation erreicht. In der Ausführung werden entsprechend 3 in den Sektoren 310 bis 313 nicht nur die Entfernung gemessen und die IR-Blitzlichtquelle ausgelöst, sondern auch die Lichtimpulse für die Entfernungsmessung nicht nur im Mehrkanalempfänger 203 detektiert sondern auch mittels der CMOS-Kamera 208. Entsprechend 4 wird das Fahrzeug 303 in der Position 401 nur von den Lasern der Sektoren 304 und 305 getroffen während es in der Position 402 bereits von den Lasern der Sektoren 310, 311 312, und 313 getroffen wird. Dies ist noch mal in 4a Bild 401 am Fahrzeug 303 in der Position 401 der 4 mit den Beleuchtungsflecken 306 und 307 veranschaulicht. Befindet sich das Fahrzeug entsprechend 4 in der Position 402, wird es durch die Laser der Segmente 310, 311 312, und 313 getroffen. Dies ist in 4b Bild 402 dargestellt. Damit werden die Daten des Sensorsystems plausibler und die CMOS-Kamera überprüft zugleich die Lage und Justage der Lichtimpulssender der Abstandsmessung. Weiter kann erfindungsgemäß der Mehrkanalempfänger 203 so ausgelegt werden, dass er auch die Lichtblitze der IR-Blitzquelle 210 registriert. Damit wird erfindungsgemäß über den Baustein 212 auch ein im Precrashfall selbst bei der Akquisition der Daten ein automatischer Selbsttest über alle Funktionsgruppen möglich. Die Erfindung kann entsprechend 5 weitergestaltet werden. Mindestens einen der Precrash-Sensoren 201, 230 oder 240 enthält neben den im vorgehenden beschriebenen Funktionsblöcken die Einheit 501. Diese Einheit ist zwischen der Auswertung 212 und dem Stromversorgungs- und Schnittstellenbaustein 213 eingefügt. In dieser Einheit erfolgt der Test des Gesamtsystems 502 sowohl beim Einschalten als auch zyklisch während des Betriebes und sorgen bei der Annäherung eines Objektes während der Datenakquisition. Die Einheit enthält den Fehlerspeicher 503, die gesamte Auslösesteuerung 502, sowie die Endstufenansteuerung 505 zur Ansteuerung der Endstufen Front 218 und Seite 219 über den optischen BUS 216. Im Speicher dieser Einheit 501 sind auch die fahrzeugspezifischen Merkmale 506, die lagespezifischen Daten 508 und die Datenbasis 597 für die Auslösealgorithmen abgelegt.
Eine Weiterführung der Erfindung ist in 6 dargestellt. In mindestens einem Precrash-Sensor ist eine Sensoreinheit 604 für die Aufnahme von Körperschall und Beschleunigung integriert, deren Signale in der Signalauswertung 605 verstärkt und aufbereitet werden. Die Einheit 601 übernimmt neben der 5 in Block 501 beschriebenen Funktionen die Auswertung der Beschleunigung 602 und des Körperschalls 603 um selbst bei Versagen eines der redundanten Sensoren 203, 205 und 208, 210 bei einem Crash die Auslösung der Sicherheitsmaßnahmen noch zu gewährleisten. Diese Auslösung wird zwar zeitlich später erfolgen als mit dem voll funktionsfähigen System, aber wird immer noch einen wesentlichen zusätzlichen Schutz bieten. Darüber hinaus kann das Gesamtsystem bei nicht plausiblen Daten der beiden redundanten optischen Sensoren eine Auslösung der Schutzmaßnahmen erst bei Auftreten eines entsprechenden Körperschallsignals oder eines Beschleunigungssignals verursachen.
Im Fahrzeug kann auch ein Sensor zur Detektion der Sitzbelegung und Insassenlage 605 integriert sein. Die Daten dieses Sensors werden über den optischen BUS 216 an die oder eine der Einheiten 601 im Precrash-Sensor weitergeleitet. Diese Einheit 601 übernimmt die Auswertung der Sitzbelegung und Insassenlage und steuert die Auslösung der Schutzmaßnahmen, so dass durch diese keine zusätzlichen Belastungen auftreten. Die dazu benötigten Daten wie Auslösezeiten, gestaffelte Auslösung, welche Stufe der Auslösung als Funktion des Abstandes von Körperteilen der zu schützenden Personen von den Schutzmaßnahmen, sind in der Datenbasis 507 abgelegt.

Claims

Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Sensorkombination bestehend aus einem in mehreren horizontalen Sektoren die Entfernung bestimmender Sensor der die Laufzeit elektromagnetischer Impulse vorwiegend solche im nahen IR-Bereich nutzt und einem Bildsensor, der durch den Laufzeitsensor so gesteuert wird, dass er in definierten Abständen vom Fahrzeug mit oder ohne Lichtblitzeinrichtung Momentbilder der auf das Fahrzeug zukommender Objekte aufnimmt und die Ergebnisse korrelliert werden.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Sicherheit der Detektion der Bildsensor so ausgeführt ist, dass nicht nur die durch den Abstandssensor ausgelösten Beleuchtungsblitze als Beleuchtung der herannahenden Objektes genützt werden, sondern auch die durch die Entfernungsmessung erzeugten Lichtimpulse, die vom Objekt reflektiert und im Bildsensor registriert und ausgewertet werden.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch das Empfangssystem des Abstandssensors nach dem Laufzeitprinzip auch die kurzen Beleuchtungsblitze des Bildsensorsystems aufgenommen und ausgewertet werden.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger nach Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass im Sensorsystem Erfahrungswerte häufiger Crashsituationen gespeichert sind und diese mit den Ergebnissen der Precrash-Sensoren verglichen werden und daraus eine optimale Schutzwirkung durch Steuerung der Schutzmaßnahmen selbst und ihrem zeitlichen Ablauf erzielt wird.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Zuordnung der Entfernungsmessergebnisse in den einzelnen Sektoren mit den Bildern aus dem Bildsensor des herannahenden Objektes verglichen wird und bei Übereinstimmung eine Auslösung der Schutzmaßnahmen erfolgt.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Bildsensor über die Beleuchtung durch die Lichtimpulse des Abstandssensors aufgenommenen Bilddetails mit den Daten der Abstandsmessung auf Plausibilität verglichen werden.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung der mit den Lichtblitzen aufgenommenen Bildern eine Unterscheidung zwischen den Objekten wie Fahrzeuge, Hindernisse, Fußgänger, Zweiräder getroffen wird und aus diesen Erkenntnissen dem jeweiligen Objekt angepasste Schutzmaßnahmen ausgelöst werden.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Sensorsystem eine Anordnung aus Körperschallsensor und Beschleunigungssensor mit entsprechender Auswertung integriert ist um durch Fehler der optischen Sensoren oder Unklarheit der Auswertung eine zusätzliche Sicherheit beim Aufprall zur allerdings etwas zeitlich verzögerten Auslösung zu haben.
Sensorsystem zur Auslösung von Schutzmaßnahmen für KfZ-Insassen und Fußgänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Abstandsmessung und Bildauswertung Daten wie Annäherungsgeschwindigkeit, Objektart und Auftreffwinkel definiert werden und daraus die Steuerung und Auslösung der Schutzmaßnahmen abgeleitet wird, die für die Situation am wirksamsten sind.