DE10330065B3

DE10330065B3 - Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug und Verfahren zur Auslöseentscheidung

Info

Publication number: DE10330065B3
Application number: DE10330065A
Authority: DE
Inventors: Walter Baumgartner; Armin Blos; Man Su Kim
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: WO2005002924A1

Abstract

Es wird eine Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug vorgeschlagen, insbesondere für einen Überschlag des Fahrzeugs, mit zumindest einem Sensor, einer dem Sensor nachgeschalteten Signalverarbeitungseinheit, die ein Ausgangssignal liefert, das für eine Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems heranziehbar ist, wobei das Ausgangssignal aus einer ersten Variablen und einer zweiten Variablen mit Hilfe einer vorgegebenen Rechenvorschrift ermittelt wird, in der die Auslenkung eines im Fahrzeug befindlichen Insassen bezüglich des Fahrzeuges ermittelt wird.

Description

Die Anmeldung betrifft eine Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug und ein Verfahren zur Auslösung der Insassenschutzvorrichtung.
Die Anzahl sogenannter Sports Utility Vehicles und kleiner Nutzfahrzeuge verzeichnet hohe Zuwachsraten. Die meisten schwerwiegenden Verletzungen der Insassen sind bei diesen Fahrzeugen durch einen Überschlag verursacht. Die Schwere der Unfälle ist bei Überschlägen größer als bei irgendwelchen anderen Arten von Unfällen.
Als Überrollschutz-Schutzsysteme sind vorwiegend sogenannte „Seiten-Curtain-Airbags", Seiten-Airbags und Sicherheitsgurt-Vorspann-Systeme vorgesehen. Die Aktivierung eines solchen Schutzsystems durch eine Signalverarbeitungseinheit wird gewöhnlicherweise auf der Basis von Algorithmen getroffen, die die Lateral- und Vertikal-Beschleunigung sowie die Drehrate des Fahrzeugs als Eingangsgrößen berücksichtigen.
Auslöselogiken der Schutzsysteme fokussieren sich gegenwärtig überwiegend auf die Detektion einer Drehbewegung des Fahrzeuges um die Fahrzeuglängsachse. Wenn ein Überschlag erwartet wird, besteht die Hauptaufgabe der Schutzsysteme darin, den Fahrzeuginsassen innerhalb des Fahrzeuges zu halten und das Verletzungsrisiko beim Aufprall auf die Innenstruktur des Fahrzeugs zu reduzieren. Der Auslösezeitpunkt der Schutzsysteme muss derart bestimmt sein, dass die Aktivierung erfolgt, bevor die Distanz zwischen dem Kopf des Insassen und dem Seitenfenster geringer ist als die Ausdehnungen des Schutzsystems, insbesondere des Curtain-Airbags.

Aus der DE 196 51 124 C1 ist eine Steuervorrichtung für ein Schutzmittel zum Überrollschutz in einem Fahrzeug bekannt, bei der zwei Beschleunigungssensoren an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug angeordnet sind und Beschleunigungssignale an eine Auswerteeinheit liefern. Dort wird aus den Signalen eine Drehbewegungsgröße sowie ein Drehpunkt errechnet. Je nachdem, wie die Empfindlichkeitsachsen der Beschleunigungssensoren angeordnet sind, können Drehbewegungen um die Fahrzeuglängs- wie auch die -querachse erkannt werden. Hierdurch ist die Ermittlung der Drehrate um eine der genannten Achsen möglich.

Die DE 42 12 421 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen mit mindestens einem Beschleunigungssensor, einer elektronischen Einrichtung für die Auswertung des Ausgangssignals des Sensors und Schutzmitteln für die Fahrzeuginsassen. Die Einrichtung ermöglicht die Durchführung eines Verfahrens zur rechtzeitigen Aktivierung der Schutzmittel durch die elektronische Einrichtung, indem Schätzwerte für die zukünftige Verlagerung des Fahrzeuginsassen und/oder seine Relativgeschwindigkeit in Bezug auf die Fahrgastzelle vorausgeschätzt und mit vorgebbaren Grenzwerten verglichen werden.

Die DE 100 10 633 A1 offenbart eine Verfahren zum Erkennen einer Rollover-Situation, durch die ein zeitrichtiges Auslösen von Rückhaltemitteln wie Gurtstraffer oder Kopfairbags beim Fahrzeugüberschlag ermöglicht wird. Dabei werden die Signale aus mehreren Sensoren, die translatorische und rotatorische Bewegungen erfassen, erfasst, miteinander verknüpft und ausgewertet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug bereit zu stellen, die bei einem Überschlag den Fahrzeuginsassen bestmöglichen Schutz bietet.

Diese Aufgabe wird mit einer Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie mit einem Verfahren zur Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Insassenschutzvorrichtung weist erfindungsgemäß zumindest einen Sensor und eine dem Sensor nachgeschaltete Signalverarbeitungseinheit auf, die ein Ausgangssignal liefert, das für eine Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems heranziehbar ist, wobei das Ausgangssignal aus einer ersten Variablen, welche eine Beschleunigung, insbesondere die Querbeschleunigung, des Fahrzeuges darstellt und eine zweite Variable, welche die Drehrate um eine Fahrzeugachse, insbesondere die Fahrzeuglängsachse, darstellt, mit Hilfe einer vorgegebenen Rechenvorschrift ermittelt wird, in der die Auslenkung eines im Fahrzeug befindlichen Insassen bezüglich des Fahrzeugs ermittelt wird.

Die Rechenvorschrift basiert auf dem Prinzip der Biegung von Balken, insbesondere von Kragbalken, auf den eine Kraft und/oder ein Moment einwirken. Ein Kragbalken weist die Eigenschaft auf, dass er lediglich auf einer Seite befestigt ist, während er auf der anderen Seite frei beweglich ist. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass sich ein Insasse bei Einwirkung einer lateralen und/oder vertikalen Beschleunigung und einer Drehrate ähnlich einem Kragbalken verhält. Die Rechenvorschrift berücksichtigt dabei den „worst case", in dem der Kopf des Insassen die größte Auslenkung erfährt. Die „Befestigung" des Insassen mit dem Fahrzeug wird in der Rechenvorschrift zwischen Becken und Sitz angenommen. Der Kopf des Insassen entspricht der freischwingenden Seite des Kragbalkens.

Besonders bevorzugt ist es, wenn in der Rechenvorschrift ein Balken mit zumindest einem Teilstück zugrundegelegt ist, wo bei auf jedes Teilstück unterschiedliche Kräfte einwirken. In einer Variante der Erfindung ist zumindest ein Teilstück des Balkens starr und zumindest ein Teilstück des Balkens elastisch bzw. deformierbar. Hier liegt die Überlegung zugrunde, dass sich der Kragbalken bzw. der Körper in verschiedene unterschiedliche Teilstücke einteilen lässt, die einerseits starr und andererseits deformierbar sind. So wird die Einheit aus Becken und Sitz, welche sich bevorzugt in der Nähe des Sensors oder der Sensoren befindet, als deformierbar angenommen. Bauch und Brustkorb, die den Torso bilden, stellen einen starren Körper dar. Gleiches gilt für den Kopf, während der den Kopf und den Brustkorb bzw. Torso verbindende Hals wiederum als deformierbar angenommen wird.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den menschlichen Körper in insgesamt vier Teilstücke, wie oben aufgezählt, zu untergliedern. Mit diesen vier Teilstücken lässt sich mit ausreichend hoher Genauigkeit die Relativbewegung des Insassen zu dem Fahrzeugbauteil, insbesondere die Relativbewegung des Kopfes zum Fenster, ermitteln. Die der Rechenvorschrift zugrundeliegenden Operationen, die nachfolgend näher erläutert werden, sind dabei von der Komplexität derart, dass sie durch einen einfachen Mikroprozessor, wie er in Fahrzeugen vielfach verwendet wird, bewältigt werden können.

Mit anderen Worten wird in der Signalverarbeitungseinheit eine Relativbewegung des Insassen, insbesondere dessen Kopf, zu einem Fahrzeugbauteil, insbesondere einem Seitenfenster, ermittelt, wodurch in kürzerer Zeit als bislang eine präzise Feststellung darüber möglich ist, wie weit das Körperteil des Insassen von dem Karosseriebauteil entfernt ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen wird damit nicht nur die Bewegung des Fahrzeuges sensorisch erfasst, sondern die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte werden dazu herangezogen, die Körperbewegung des Fahrzeuginsassen zu ermitteln bzw. vorherzusagen, um damit eine präzisere bzw. schnellere Auslöseentscheidung für das Schutzsystem zu erzielen. Die Vorhersage der Körperbewegung des Insassen wird durch Auswertung der zur Verfügung stehenden Messgrößen und Anwendung bekannter mathematischer Algorithmen ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Sensor auf der Mittelachse, bezogen auf die Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs angeordnet. Die Position des Sensors, der das Koordinatensystem festlegt, ist bevorzugt nahe der Sitze der Insassen angeordnet. Die große Nähe des Sensors zu den Insassen ermöglicht eine besonders präzise Bestimmung des Bewegungsverhaltens eines Insassen im Falle eines bevorstehenden Überschlags.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Variable, die Querbeschleunigung des Fahrzeugs und die Drehrate um die Fahrzeuglängsachse, zum gleichen Zeitpunkt ermittelt werden. Eine Verbesserung der Genauigkeit ist weiter durch Erfassen der Vertikalbeschleunigung als weitere Variable möglich.

Als Insassenschutzsystem kommen bevorzugt ein Curtain-Airbag, ein Seitenairbag oder ein Gurtstraffer zum Einsatz. Diese Rückhaltesysteme können im Falle eines Überschlags alternativ oder additiv ausgelöst werden. Insbesondere der Curtain-Airbag, der sich meist vom Dach entlang der (Seiten-)Fenster nach unten ausbreitet, bietet den Insassen aufgrund seiner langen Standfestigkeit im Bereich von mindestens fünf bis sechs Sekunden den bestmöglichen Schutz im Falle eines Überschlags.

Im Falle eines drohenden Überschlages kann mit der erfindungsgemäßen Insassenschutzvorrichtung für jeden aktuellen Zeitpunkt der etwaige Abstand, insbesondere des Kopfes zu einem Fahrzeugbauteil, berechnet werden. Unter Anwendung bekannter Algorithmen aus der Mathematik ist es auch möglich, die in der unmittelbaren Zukunft liegenden Abstände des Kopfes zu dem Fahrzeugbauteil vorher zu sagen. Möglich wird dies durch die Berechnung der Auslenkung des Kopfes bezüglich der Einheit Becken/Sitz aufgrund der auf den Kopf einwirkenden Kräfte sowie Drehmomente.

Die Berechnung des Verhaltens eines Insassen neben der sensorischen Erfassung der Beschleunigungen und Drehraten des Fahrzeuges ermöglicht eine genaue Anpassung des Auslöseverhaltens, d.h. der Zündzeiten, aus den Crashtests. Damit wird ein System bereit gestellt, das sensibler reagiert, wenn sich der Insasse aufgrund der auf ihn einwirkenden Kräfte auf das Fenster zu bewegt. Durch die Kenntnis des Verlaufs des Abstands zwischen Kopf und Fenster kann die in der Signalverarbeitungseinheit gespeicherte Auslöseschwelle des Schutzsystems oder der Schutzsysteme verringert werden, wenn sich der Kopf dem Fenster nähert.

Nachdem die erfindungsgemäße Insassenschutzvorrichtung die Bestimmung des Abstandes zwischen Kopf und Fenster ermöglicht, kann das Schutzsystem abhängig vom Abstand in geeigneter Weise aktiviert werden. Ist der Abstand zwischen Kopf und Fenster ausreichend groß, so dass sich z.B. ein Curtain-Airbag noch ohne weiteres entfalten kann, so wird dieser durch die Signalverarbeitungseinheit ausgelöst. Sollte der Abstand zwischen Kopf und Fenster jedoch bereits zu gering sein, so dass durch einen auslösenden Curtain-Airbag der Kopf durch das Fenster nach außerhalb des Fahrzeugs gedrückt werden könnte, so kann auf eine Auflösung dieses Schutzsystems verzichtet werden. Dies bedeutet nichts anderes, als dass das Schutzsystem ausgelöst wird, wenn das Ausgangssignal einen vorgegebenen Schwellenwert über- und/oder unterschreitet.

Die Erfindung, deren Vorteile und Zweckmäßigkeiten anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
1 einen schematischen Ablauf des Verfahrens zur Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems,
2a, b die mechanischen Hintergründe, die das Prinzip der Biegung von Balken verdeutlichen,
3 eine schematische Darstellung eines vereinfachten Fahrzeuges und eines Dummys,
4 eine weitere schematische Darstellung eines einfachen Dummy-Modells, aus dem einige der der Rechenvorschrift zugrundegelegten Parameter ersichtlich werden,
5 eine weitere schematische Darstellung eines einfachen Dummy-Modells, aus dem weitere der der Rechenvorschrift zugrundegelegten Parameter ersichtlich werden,
6 eine vereinfachte Darstellung eines Fahrzeuges und eines Dummys, aus der die der Signalverarbeitungseinheit zugeführten Größen ersichtlich sind,
7 das aus 4 bekannte vereinfachte Dummy-Modell, aus dem die auf den Dummy wirkenden externen Kräfte hervorgehen,
8 eine schematische Darstellung der auf den Dummy einwirkenden Kräfte,
9 eine schematische Darstellung der resultierenden Kräfte und Momente an zwei deformierbaren Teilstücken des Kragbalkens aus 8 und
10 eine schematische Darstellung des aufgrund einer lateralen Beschleunigung ausgelenkten Kragbalkens aus 8.
1 zeigt schematisch das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren zur Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems in einem Fahrzeug. Von einem oder mehreren Sensoren 1 werden eine Beschleunigung, eine Querbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung, und eine Drehrate um die Fahrzeuglängsachse erfasst. Diese Variablen werden von dem Sensor oder den Sensoren einer Signalverarbeitungseinheit 2 zugeführt, die aus diesen Größen eine Relativbewegung des Insassen zu einem Fahrzeugbauteil errechnet. Von besonderem Interesse ist hierbei die Bewegung des Kopfes in Richtung eines Fensters des Fahrzeuges. Die Signalverarbeitungseinheit errechnet darüber hinaus, ob sich das Fahrzeug überschlagen wird oder nicht. Nach Ermittlung dieser Werte wird ein daraus resultierendes Auslösesignal an eine Auslöselogik weitergegeben, welche gegebenenfalls das Schutzsystem, z.B. einen Seiten-Airbag, einen Curtain-Airbag oder einen Gurtstraffer, auslöst. Die Auslösung kann z.B. dann erfolgen, wenn das von der Signalverarbeitungseinheit abgegebene Ausgangssignal einen ersten vorgegebenen Schwellwert überschreitet und gleichzeitig einen zweiten vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Dies bedeutet, der Kopf des Insassen bewegt sich in Richtung des Fensters und würde bei Nichtauslösen eines Schutzsystems an dieses anprallen. Der Abstand zum Fenster des Kopfes ist andererseits noch so groß, dass durch die Aktivierung, beispielsweise des Curtain-Airbags, ein Schutz desselben möglich wäre. Ist der Kopf bereits so nahe an dem Fenster, so dass ein auslösender Curtain-Airbag diesen gegebenenfalls aus dem Fenster hinausdrücken würde, so kann eine Auslösung des Schutzsystems unterbleiben.
Das Erfassen der Variablen „Beschleunigung" und „Drehrate" sowie das Errechnen der Relativbewegung des Insassen zu einem Fahrzeugbauteil und das Errechnen, ob ein Überschlag bevorsteht, wird in kurzen, vorgegebenen Zeitabständen permanent wiederholt, damit das Schutzsystem im geeigneten Zeitpunkt ausgelöst werden kann.
In den nachfolgenden 2 bis 10 werden die aus der Elastostatik bekannten Prinzipien der Biegung von Balken und deren Übertragung auf einen Dummy veranschaulicht. Das Balkenmodell, das in der Signalverarbeitungseinheit hinterlegt ist, wird zur Errechnung der Relativbewegung des Insassen zu einem Fahrzeugbauteils herangezogen. Hintergrundinformationen können beispielsweise dem Fachbuch „Technische Mechanik – Eine Einführung", E. Brommundt, G. Sachs, Springer Verlag 1988, S. 135 bis 146 entnommen werden.
Die 2a und 2b zeigen zwei einseitig befestigte Balken der Länge 1, auf die einmal die Kraft F (2a) und einmal das Moment M (2b) einwirkt. In beiden Fällen wird eine Endauslenkung δ = f(F) bzw. δ = f(M) und ein Endwinkel Θ = f (F) bzw. 0 = f (M) erreicht.
Im Falle der auf den Balken einwirkenden Kraft F gilt:
mit F = Kraft, 1 = Länge des Balkens und EI = Biegesteifigkeit des Balkens.
Im Falle des auf den Balken einwirkenden Moments M gilt:
mit M = Moment, 1 = Länge des Balkens und EI = Biegesteifigkeit des Balkens.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein vereinfachtes Fahrzeug mit einem darin befindlichen Insassen, einem Dummy-Modell. Das Fahrzeug wird als starrer Körper betrachtet, dessen Fahrtrichtung aus der Zeichenebene heraus, auf den Betrachter zu, ist (x-Achse des Koordinatensystems). Die Körperstruktur des Insassen beruht auf der Struktur eines aus dem Stand der Technik bekannten Seitencrash-Dummys. Der Sitz 25, das Becken 24 und der Hals 21 werden als deformierbare Teilstücke angenommen. Der Bauch 23, der Brustkorb 22 sowie der Kopf 20 werden als starre Teilstücke angenommen. Im weiteren werden der Sitz 25 und das Becken 24 als Einheit betrachtet. Gleiches gilt für den Brustkorb 22 und den Bauch 23, die den Torso bilden.
Aus der Figur geht weiterhin der Ursprung des Koordinatensystems hervor, der mit U bezeichnet ist. Im Ursprung des Koordinatensystems befindet sich der bzw. die Sensoren zur Erfassung der Querbeschleunigung und der Drehrate, welches notwendige Größen sind, um das Verhalten des Dummys bzw. des menschlichen Körpers zu ermitteln. In der Praxis sind die Sensoren vorzugsweise in einer Mittelachse bezogen auf die Fahrzeuglängsachse angeordnet. Je näher die Sensoren sich an der Einheit Sitz/Becken befinden, desto präziser kann eine Vorhersage des Verhaltens des Insassen erfolgen.
Von besonderer Bedeutung für die Rechenvorschrift ist das Verhalten der starren Teilstücke, also des Kopfes 20 und des Torsos 22, 23. Deren Massen sind mit den Bezugszeichen m_h sowie m_t bezeichnet. Im folgenden bezieht sich der Index h auf den Kopf 20 und der Index t auf den Torso.
Für das Verständnis der später aufgeführten Rechenvorschrift ist es sinnvoll, die relevanten Größen zu betrachten (4 bis 6). Der Dummy wird als Kragbalken modelliert, welcher zwei deformierbare Teilstücke und zwei starre Teilstücke aufweist. Zur Vereinfachung ist neben den jeweiligen Bezeichnungen in Klammern aufgeführt, ob das jeweilige Teilstück starr oder deformierbar ist. In 4 ist mit P derjenige Punkt bezeichnet, auf welchem das Fahrzeug rollt. Vereinfacht wird angenommen, dass P mit dem Sitz 25 starr verbunden ist. Diese Verbindung ist mit dem Bezugszeichen 13 versehen.
Relevant sind weiterhin die Abstände zwischen dem Punkt P und dem Schwerpunkt des Kopfes 20 sowie dem Schwerpunkt des Torsos 22, 23. Diese Abstände sind mit r_{h_d} bzw. r_{t_d} bezeichnet. Die Größen Θ_{mh_d} bzw. Θ_{mt_d} bezeichnen die Winkel zwischen Verbindung 13 und den obige Abstände definierenden Abstandslinien.
5 zeigt die bereits aus 4 bekannte vereinfachte Darstellung des Modells, aus dem die Abstände für die Berechnung notwendigen Längen l₁.....l₆ zwischen der Verbindung und jeweiligen Teilstücken hervorgehen. Im einzelnen stellen dar:
l₁: Länge zwischen Verbindung 13 und dem Ende des Beckens,
l₂: Länge zwischen Verbindung 13 und dem Schwerpunkt des Torsos 22,23,
l₃: Länge zwischen Verbindung 13 und dem Ende des Brustkorbes 22,
l₄: Länge zwischen Verbindung 13 und dem Ende des Halses 21,
l₅: Länge zwischen Verbindung 13 und dem Schwerpunkt des Kopfes 20,
l₆: Länge zwischen Verbindung 13 und dem Ende des Kopfes 20.
6 zeigt die bereits in 2 dargestellte Anordnung aus vereinfachtem Fahrzeug 10 und Dummy 19 aus dem die für die Rechenvorschrift relevanten Parameter hervorgehen. Dies sind die Masse des Kopfes m_h und des Torsos m_t, die Drehrate ω, die Querbeschleunigung a_y sowie der Vertikalbeschleunigung a_z.
7 zeigt die auf den Kopf 20 und den Torso 22, 23 einwirkenden Kräfte, die abhängig von Beschleunigungen, Winkel, Winkelrate und Winkelbeschleunigung sind. Für das Rechenmodell sind Kräfte in z-Richtung (Vertikale) nicht relevant und werden deshalb außer Acht gelassen. Kräfte in y-Richtung und Drehmomente greifen an den Schwerpunkten des Torsos 22, 23 und des Kopfes 20 an. Die auf den Kopf 20 und den Torso 22, 23 einwirkenden Kräfte sind jeweils Polynome zweiten Grades und abhängig von dem Drehwinkel Θ_car und der Querbeschleunigung a_y. Es gilt folglich:
Die Gesamtkräfte auf den Kopf (Gleichung (8)) und den Torso (Gleichung (9)) ergeben sich wie folgt.
Wegen ihres geringen Einflusses auf die Kopfbewegung können der Gewichtsanteil und die Zentrifugalkraft vernachlässigt werden, woraus sich ergibt:
Die oben genannten Gleichungen (8) und (9) repräsentieren die Gesamtkraft, die sich aus den folgenden, aus 7 ersichtlichen, Teilkräften am Kopf bzw. am Torso ergeben. Dabei stellen dar:
Wie bereits ausgeführt, wird der Dummy als Kragbalken aus vier Teilstücken betrachtet. In einem Kragbalken sind die Endauslenkung und der Endwinkel, welche durch Kraft und Drehmoment verursacht sind, bekannt. Die auf den Dummy einwirkenden Kräfte F_{t_d} und F_{h_d}, die die Gesamtkraft in y-Richtung (laterale Richtung) auf den Kopf bzw. auf den Torso darstellen, sind in 8 dargestellt.
Aufgrund des Gesetzes der Überlagerung ergibt sich die Endauslenkung und der Endwinkel aus der Summe der durch Kräfte und Momente verursachten Auslenkungen. Dieser Sachverhalt ist in 9 schematisch dargestellt.
In den nachfolgenden Formeln indiziert der Index f die Auslenkung und den Winkel, der durch eine Kraft verursacht und der Index m diejenige Auslenkung und den Winkel, die durch ein Moment verursacht sind.
In 9 ist eine weitere Vereinfachung enthalten. Da das mit dem Bezugszeichen 22, 23 versehene Teilstück (Torso) des Balkens starr ist, kann die Kraft F_{t_d} an das Ende des Teilstückes 24, 25 verschoben werden. Gleiches gilt für die Kraft F_{h_d}, die in 8 am starren Teilstück 20 (Kopf) angreift und an das Ende des Teilstückes 21 (deformierbarer Hals 21) verschoben werden kann. Hieraus ergeben sich folgende Auslenkungen. Die weiter verwendeten Indizes a bis f beziehen sich bereits auf die 10, in welcher die Gesamtauslenkung des Dummys bzw. eines Insassen dargestellt ist.
An den deformierbaren Teilstücken 24, 25 (Einheit Becken/Sitz) und 21 (Hals) ergeben sich folgende Winkel Θ₁ und Θ₃, die für die Berechnung der Gesamtauslenkung benötigt werden:
Die weiterhin benötigte Biegesteifigkeit zur Berechnung der Gesamtauslenkung kann bei einem bekannten Dummy durch Anwenden einer Kraft F_EI und Messen der Auslenkung ermittelt werden:
Mit den nunmehr ermittelten Werten ist es möglich, die Gesamtauslenkung des Kopfes eines Insassen zu bestimmen. Diese ergibt sich nach folgender Gleichung, wobei die jeweiligen Teilauslenkungen der 10 am einfachsten entnommen werden können:
Die Gesamtauslenkung berücksichtigt nunmehr alle in y-Richtung auftretenden Kräfte und Momente.
Durch die Verwendung bekannter Größen eines Dummy, der für Seiten-Crashs verwendet wird und die Messung der Querbeschleunigung sowie Drehrate und der Anwendung bekannter Mechanismen der Elastostatik wird man in die Lage versetzt, eine Relativbewegung des Insassen zu einem Fahrzeugbauteil im Falle eines drohenden Überschlages zu ermitteln und geeignete Schutzmaßnahmen für den Insassen einzuleiten.

Claims

Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere für einen Überschlag des Fahrzeugs, mit zumindest einem Sensor (1), einer dem Sensor (1) nachgeschalteten Signalverarbeitungseinheit (2), die ein Ausgangssignal liefert, das für eine Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems heranziehbar ist, wobei das Ausgangssignal aus einer ersten Variablen und einer zweiten Variablen mit Hilfe einer vorgegebenen Rechenvorschrift ermittelt wird, in der die Auslenkung eines im Fahrzeug befindlichen Insassen bezüglich des Fahrzeugs ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorschrift auf dem Prinzip der Biegung von Balken, insbesondere Kragbalken, basiert, auf den eine Kraft und/oder ein Moment einwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rechenvorschrift ein Balken mit zumindest einem Teilstück zugrunde gelegt ist, wobei auf jedes Teilstück unterschiedliche Kräfte einwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstück des Balkens starr ist und zumindest ein Teilstück des Balkens elastisch ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Variable eine Beschleunigung des Fahrzeugs ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Variable die Drehrate um die Fahrzeuglängsachse ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) auf der Fahrzeuglängsachse angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Variable zum gleichen Zeitpunkt ermittelt werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Insassenschutzsystem ein Seitenairbag, Curtain-Airbag oder ein Gurtstraffer ist.
Verfahren zur Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems in einem Fahrzeug, bei dem als Variable zumindest ein Beschleunigungswert und eine Drehrate erfasst werden, die erfassten Variablen von einem Sensor (1) an eine Signalverarbeitungseinheit (2) geliefert werden und von der Signalverarbeitungseinheit (2) mit Hilfe einer Rechenvorschrift, in der die Auslenkung eines im Fahrzeug befindlichen Insassen bezüglich des Fahrzeugs ermittelt wird, zu einem Ausgangssignal verarbeitet werden, wobei ein Schutzsystem ausgelöst wird, wenn das Ausgangssignal einen ersten vorgegebenen Schwellwert über- und einen zweiten vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Rechenvorschrift auf dem Prinzip der Biegung von Balken, insbesondere Kragbalken, basiert, auf den eine Kraft und/oder ein Moment einwirken, wobei der Balken den Fahrzeuginsassen repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken in der Rechenvorschrift aus zumindest einem Teilstück gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rechenvorschrift ein Balken mit zumindest einem Teilstück zugrunde gelegt ist, wobei auf jedes Teilstück unterschiedliche Kräfte einwirken.