DE10330065B3

DE10330065B3 - Occupant protection device in a vehicle and method for triggering decision

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.It is proposed an occupant protection device in a vehicle, in particular for a rollover of the vehicle, with at least one sensor, a signal processing unit connected downstream of the sensor, which provides an output signal that can be used for a triggering decision of an occupant protection system, the output of a first variable and a second variable is determined using a predetermined calculation rule in which the deflection of an occupant in the vehicle is determined with respect to the vehicle.

Description

Die Anmeldung betrifft eine Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug und ein Verfahren zur Auslösung der Insassenschutzvorrichtung.The The application relates to an occupant protection device in a vehicle and a method of triggering the occupant protection device.

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.The Number of so-called sports utility vehicles and small commercial vehicles records high growth rates. Most serious injuries the occupants are in these vehicles by a rollover caused. The severity of the accidents is greater than with any other types of accidents.

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.As a rollover protection systems are mainly so-called "side-curtain airbags", side airbags and seatbelt pretensioner systems intended. The activation of such a protection system by a Signal processing unit is usually based on of algorithms hit the lateral and vertical acceleration as well as the rate of turn of the vehicle as input variables.

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.tripping logic The protection systems are currently focusing mainly on detection a rotational movement of the vehicle about the vehicle longitudinal axis. If a rollover is expected, the main task of the protection systems is to to keep the vehicle occupants inside the vehicle and the risk of injury on impact to reduce the internal structure of the vehicle. The triggering time the protection systems must be designed so that the activation takes place before the distance between the head of the occupant and the Side window is smaller than the dimensions of the protection system, in particular the curtain airbag.

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.From the DE 196 51 124 C1 a control device for a protection means for rollover protection in a vehicle is known in which two acceleration sensors are arranged at different locations in the vehicle and supply acceleration signals to an evaluation unit. There, a rotational movement variable and a pivot point are calculated from the signals. Depending on how the sensitivity axes of the acceleration sensors are arranged, rotational movements about the vehicle longitudinal as well as the transverse axis can be detected. This makes it possible to determine the rate of rotation about one of the mentioned axes.

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.The DE 42 12 421 A1 describes a device for protecting vehicle occupants with at least one acceleration sensor, an electronic device for the evaluation of the output signal of the sensor and protection means for the vehicle occupants. The device makes it possible to carry out a method for timely activation of the protection means by the electronic device by estimating estimated values for the future displacement of the vehicle occupant and / or its relative speed with respect to the passenger compartment and comparing them with predefinable limit values.

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.The DE 100 10 633 A1 discloses a method for detecting a rollover situation by which a timely triggering of restraint means such as belt tensioners or head airbags during vehicle rollover is made possible. The signals from several sensors that detect translational and rotational movements are detected, linked and evaluated.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Insassenschutzvorrichtung in einem Fahrzeug bereit zu stellen, die bei einem Überschlag den Fahrzeuginsassen bestmöglichen Schutz bietet.task The present invention is an occupant protection device to put in a vehicle in a rollover best possible for the vehicle occupants Offers protection.

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.These Task is with an occupant protection device in a vehicle with the features of claim 1 and with a method to the triggering decision an occupant protection system in a vehicle having the features of claim 9 solved. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

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.According to the invention, the occupant protection device has at least one sensor and a signal processing unit connected downstream of the sensor, which delivers an output signal which can be used for a triggering decision of an occupant protection system, the output signal being a first variable which represents an acceleration, in particular the lateral acceleration, of the vehicle second variable, which represents the rate of rotation about a vehicle axis, in particular the vehicle longitudinal axis, is determined by means of a predetermined calculation rule in which the deflection of a befindli in the vehicle befindli chen inmates with respect to the vehicle is determined.

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.The Calculation rule is based on the principle of bending beams, in particular of cantilevers, to which a force and / or a moment act. A cantilever has the property that he only on one side is attached while he is free to move on the other side. The invention is the idea that an inmate is affected by a lateral and / or vertical acceleration and a rotation rate similar to one Cantilever behaves. The calculation rule taken into account doing the "worst case ", in which the Head of the occupant the biggest deflection experiences. The "attachment" of the occupant with The vehicle is in the calculation rule between the pelvis and seat accepted. The head of the occupant corresponds to the free-swinging Side of the cantilever.

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.Especially it is preferred if in the calculation rule a bar with at least a section based is where on at each section different forces act. In a variant of the invention is at least a portion of the beam rigid and at least a section of the beam elastic or deformable. Here lies the consideration on the basis that the cantilever or the body in different different sections can be divided, on the one hand rigid and on the other hand deformable. So will the unit of pelvis and seat, which preferably in the vicinity of the sensor or the sensors is assumed to be deformable. Stomach and Thorax, which form the torso, constitute a rigid body. The same applies to the head while the neck connecting the head and chest or torso is assumed to be deformable.

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.It has proven to be beneficial to the human body a total of four sections, as listed above, to subdivide. With these four sections can be sufficiently high Accuracy of the relative movement of the occupant to the vehicle component, in particular the relative movement of the head to the window, determine. The underlying operations of the calculation rule, the following be explained in more detail, are in the process of complexity such that they are controlled by a simple microprocessor, as in Vehicles used many times can be mastered.

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.With In other words, in the signal processing unit, a relative movement the occupant, in particular his head, to a vehicle component, In particular, a side window, determined, which in less time as far as a precise Statement about it possible is how far the body part the occupant of the body component is removed. In contrast to conventional Arrangements thus not only the movement of the vehicle becomes sensory but the forces acting on the vehicle are added used, the body movement determine or predict the vehicle occupant to order a precise or faster triggering decision for the To achieve protection system. The prediction of the body movement of the occupant becomes by evaluating the available standing measurements and Using known mathematical algorithms allows.

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.In In a preferred embodiment, the sensor is on the central axis, related to the vehicle longitudinal axis of the vehicle. The position of the sensor, the coordinate system is preferably located near the seats of the occupants. The size Near the Sensors to the occupants allows a very precise Determining the movement behavior of an occupant in the case of a imminent rollover.

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.It is further advantageous if the first and second variables, the lateral acceleration of the vehicle and the rate of rotation about the vehicle longitudinal axis, be determined at the same time. An improvement in accuracy is further by detecting the vertical acceleration as another Variable possible.

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.When Occupant protection system is preferably a curtain airbag, a side airbag or a belt tensioner used. These restraint systems can be used in the Trap of a rollover be triggered alternatively or additively. In particular, the curtain airbag, which usually spreads down from the roof along the (side) window, offers the occupant due to its long stability in the area of at least five to six seconds the best possible Protection in the event of a rollover.

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.in the Trap of an impending rollover can with the occupant protection device according to the invention for each current time of any distance, especially the head to a vehicle component. Using known Algorithms from mathematics, it is also possible in the immediate Future lying distances of the head to the vehicle component to say before. This is possible by calculating the displacement of the head with respect to the unit Pelvis / seat due to the forces acting on the head as well Torques.

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.The Calculating the behavior of an occupant in addition to the sensory Recording the accelerations and yaw rates of the vehicle allows a exact adaptation of the triggering behavior, i.e. the ignition times, from the crash tests. This will provide a system that is more sensitive Reacts when the occupant is affected by the effect on him personnel moved towards the window. By knowing the course of the distance between the head and the window can be in the signal processing unit stored trigger threshold of the protection system or the protection systems, if the head approaches the window.

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.After this the occupant protection device according to the invention the determination of the distance between head and window allows may depend on the protection system be activated by the distance in a suitable manner. Is the distance between head and window sufficiently large, so that e.g. a curtain airbag still without can develop further, it is through the signal processing unit triggered. If the distance between the head and window but already too low be, so by a triggering Curtain airbag head through the window to the outside of the vehicle could be so can on a resolution this protection system can be dispensed with. This does not mean anything else than that triggered the protection system when the output signal exceeds and / or exceeds a predetermined threshold below.

Die Erfindung, deren Vorteile und Zweckmäßigkeiten anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention, the advantages and advantages of the following Figures closer explained become. Show it:

1 einen schematischen Ablauf des Verfahrens zur Auslöseentscheidung eines Insassenschutzsystems, 1 a schematic sequence of the method for triggering an occupant protection system,

2a, b die mechanischen Hintergründe, die das Prinzip der Biegung von Balken verdeutlichen, 2a , b the mechanical backgrounds that illustrate the principle of bending beams,

3 eine schematische Darstellung eines vereinfachten Fahrzeuges und eines Dummys, 3 a schematic representation of a simplified vehicle and a dummy,

4 eine weitere schematische Darstellung eines einfachen Dummy-Modells, aus dem einige der der Rechenvorschrift zugrundegelegten Parameter ersichtlich werden, 4 a further schematic representation of a simple dummy model from which some of the parameters underlying the calculation rule become apparent,

5 eine weitere schematische Darstellung eines einfachen Dummy-Modells, aus dem weitere der der Rechenvorschrift zugrundegelegten Parameter ersichtlich werden, 5 a further schematic representation of a simple dummy model, from which further parameters of the calculation rule are apparent,

6 eine vereinfachte Darstellung eines Fahrzeuges und eines Dummys, aus der die der Signalverarbeitungseinheit zugeführten Größen ersichtlich sind, 6 a simplified representation of a vehicle and a dummy, from which the signal processing unit supplied quantities are visible,

7 das aus 4 bekannte vereinfachte Dummy-Modell, aus dem die auf den Dummy wirkenden externen Kräfte hervorgehen, 7 the end 4 known simplified dummy model, from which emerge the external forces acting on the dummy,

8 eine schematische Darstellung der auf den Dummy einwirkenden Kräfte, 8th a schematic representation of the forces acting on the dummy,

9 eine schematische Darstellung der resultierenden Kräfte und Momente an zwei deformierbaren Teilstücken des Kragbalkens aus 8 und 9 a schematic representation of the resulting forces and moments on two deformable sections of the cantilever from 8th and

10 eine schematische Darstellung des aufgrund einer lateralen Beschleunigung ausgelenkten Kragbalkens aus 8. 10 a schematic representation of the deflected due to a lateral acceleration cantilever 8th ,

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. 1 schematically shows the invention of the underlying method for triggering decision of an occupant protection system in a vehicle. From one or more sensors 1 An acceleration, a lateral acceleration and / or a vertical acceleration, and a rotation rate about the vehicle longitudinal axis are detected. These variables are from the sensor or sensors of a signal processing unit 2 fed, which calculates a relative movement of the occupant to a vehicle component from these variables. Of particular interest here is the movement of the head in the direction of a window of the vehicle. The signal processing unit also calculates whether the vehicle will overturn or not. After ascertaining these values, a resulting triggering signal is passed on to a tripping logic which, if appropriate, triggers the protective system, for example a side airbag, a curtain airbag or a belt tensioner. The triggering can be done, for example, if that of the Signalverar output unit output signal exceeds a first predetermined threshold and simultaneously falls below a second predetermined threshold. This means that the occupant's head is moving in the direction of the window and would impact on it if no protection system is triggered. On the other hand, the distance to the window of the head is still so great that it would be possible to protect it by activating, for example, the curtain airbag. If the head is already so close to the window, so that a triggering curtain airbag would possibly push it out of the window, the triggering of the protection system can be omitted.

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.The Detecting the variables "acceleration" and "rate of rotation" and calculating the relative movement of the occupant to a vehicle component and the Calculate if a rollover is imminent, becomes permanent in short, predetermined time intervals repeatedly to trigger the protection system at the appropriate time can.

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.In the following 2 to 10 are the known from elastostat principles of bending of beams and their transfer to a dummy illustrated. The bar model, which is stored in the signal processing unit, is used to calculate the relative movement of the occupant to a vehicle component. Background information can be found for example in the textbook "Engineering Mechanics - An Introduction", E. Brommundt, G. Sachs, Springer Verlag 1988, pp. 135-146.

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.The 2a and 2 B show two cantilevered beams of length 1, to which once the force F ( 2a ) and once the moment M ( 2 B ) acts. In both cases, an end deflection δ = f (F) or δ = f (M) and an end angle Θ = f (F) or 0 = f (M) is achieved.

Im Falle der auf den Balken einwirkenden Kraft F gilt:

mit F = Kraft, 1 = Länge des Balkens und EI = Biegesteifigkeit des Balkens.In the case of the force F acting on the beam, the following applies:

with F = force, 1 = length of the beam and EI = bending stiffness of the beam.

Im Falle des auf den Balken einwirkenden Moments M gilt:

mit M = Moment, 1 = Länge des Balkens und EI = Biegesteifigkeit des Balkens.In the case of the moment M acting on the beam, the following applies:

with M = moment, 1 = length of the beam and EI = bending stiffness of the beam.

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. 3 shows a schematic representation of a simplified vehicle with an occupant therein, a dummy model. The vehicle is considered to be a rigid body whose direction of travel is out of the plane of the drawing towards the viewer (x-axis of the coordinate system). The occupant's body structure is based on the structure of a side impact dumbbell known in the art. The seat 25 , the basin 24 and the neck 21 are assumed to be deformable parts. The belly 23 , the chest 22 as well as the head 20 are assumed to be rigid cuts. In the further the seat becomes 25 and the pelvis 24 considered as a unit. The same applies to the rib cage 22 and the stomach 23 that form the torso.

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.Out the figure also shows the origin of the coordinate system, which is designated by U. Located at the origin of the coordinate system the sensor or sensors for detecting the lateral acceleration and the rate of rotation, which are necessary quantities to the behavior of the dummies or of the human body. In the In practice, the sensors are preferably based in a central axis on the vehicle's longitudinal axis arranged. The nearer the sensors are located on the seat / pool unit, the more precise it can be a prediction of the behavior of the occupant done.

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.Of particular importance for the calculation rule is the behavior of the rigid sections, so the head 20 and the torso 22 . 23 , Their masses are designated by the reference symbols m _h and m _t . In the following, the index h refers to the head 20 and the index t on the 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.To understand the calculation rule listed later, it makes sense to look at the relevant quantities ( 4 to 6 ). The dummy is modeled as a cantilever, which has two deformable sections and two rigid sections. For simplicity, in addition to the respective names in parentheses listed whether the respective section is rigid or deformable. In 4 P is the point on which the vehicle rolls. Simplified is assumed that P with the seat 25 is rigidly connected. This connection is denoted by the reference numeral 13 Mistake.

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.Also relevant are the distances between the point P and the center of gravity of the head 20 as well as the center of gravity of the torso 22 . 23 , These distances are designated by r _{h_d} and r _{t_d} . The quantities Θ _{mh_d} or Θ _{mt_d} denote the angles between connections 13 and the above distances defining distance lines.

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. 5 that already shows 4 known simplified representation of the model, from which the distances for the calculation necessary lengths l ₁ ..... l ₆ emerge between the connection and respective sections. Specifically represent:
l ₁ : length between connection 13 and the end of the basin,
l ₂ : length between connection 13 and the center of gravity of the torso 22 . 23 .
l ₃ : length between connection 13 and the end of the ribcage 22 .
l ₄ : length between connection 13 and the end of the neck 21 .
l ₅ : length between connection 13 and the center of gravity of the head 20 .
l ₆ : length between connection 13 and the end of the head 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. 6 shows the already in 2 illustrated arrangement of simplified vehicle 10 and dummy 19 from which the relevant parameters for the calculation rule emerge. These are the mass of the head m _h and the torso m _t , the rotation rate ω, the lateral acceleration a _y and the vertical acceleration 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:

7 shows the upside down 20 and the torso 22 . 23 acting forces, which are dependent on accelerations, angle, angular rate and angular acceleration. For the computational model, forces in the z-direction (vertical) are not relevant and are therefore ignored. Forces in the y-direction and torques reach the centers of gravity of the torso 22 . 23 and the head 20 at. The upside down 20 and the torso 22 . 23 acting forces are each polynomials of the second degree and dependent on the rotation angle Θ _car and the lateral acceleration a _y . It therefore applies:

Die Gesamtkräfte auf den Kopf (Gleichung (8)) und den Torso (Gleichung (9)) ergeben sich wie folgt.The total forces to the head (equation (8)) and the torso (equation (9)) yourself as follows.

Wegen ihres geringen Einflusses auf die Kopfbewegung können der Gewichtsanteil und die Zentrifugalkraft vernachlässigt werden, woraus sich ergibt:

Because of their little influence on the head movement, the proportion by weight and the centrifugal force can be neglected, resulting in:

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:

The above equations (8) and (9) represent the total force resulting from the following 7 apparent, partial forces on the head or on the torso result. It shows:

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.As already stated, the dummy is considered as a cantilever of four sections. In a cantilever, the end deflection and the end angle caused by force and torque are known. The forces acting on the dummy forces F _{t_d} and F _{h_d} , which represent the total force in the y-direction (lateral direction) on the head or on the torso, are in 8th shown.

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.Due to the law of superimposition, the final deflection and the end angle result from the sum of the deflections caused by forces and moments. This situation is in 9 shown schematically.

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 In the following formulas, the index f indicates the deflection and the angle caused by a force and the index m the one Deflection and the angle caused by a moment.

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.In 9 is another simplification included. Since that with the reference number 22 . 23 provided portion of the beam (torso) of the beam is rigid, the force F _{t_d} to the end of the section 24 . 25 be moved. The same applies to the force F _{h_d} , which in 8th on the rigid section 20 (Head) attacks and to the end of the section 21 (deformable neck 21 ) can be moved. This results in the following deflections. The further used indices a to f already refer to the 10 , in which the total deflection of the dummy or an occupant is shown.

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:

At the deformable sections 24 . 25 (Unit pool / seat) and 21 (Neck), the following angles Θ ₁ and Θ ₃ are required for the calculation of the total deflection:

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:

The further required bending stiffness for calculating the total deflection can be determined in a known dummy by applying a force F _EI and measuring the deflection:

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:

With the values now determined, it is possible to determine the total displacement of the head of an occupant. This results from the following equation, wherein the respective partial deflections of 10 the easiest way to remove:

Die Gesamtauslenkung berücksichtigt nunmehr alle in y-Richtung auftretenden Kräfte und Momente.The Total deflection taken into account now all in y-direction occurring forces and moments.

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.By the use of known sizes of a Dummy, for Side crashes is used and the measurement of lateral acceleration as well as rate of rotation and the application of known mechanisms of elastostatics one becomes capable of a relative movement of the occupant to a vehicle component in the event of an impending rollover to determine and to introduce suitable protective measures for the occupant.

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.Occupant protection device in a vehicle, in particular for a rollover of the vehicle, with at least one sensor ( 1 ), a sensor ( 1 ) downstream signal processing unit ( 2 ) providing an output indicative of a deployment decision of an occupant protection system, the output being determined from a first variable and a second variable using a predetermined calculation law that determines the displacement of an occupant in the vehicle relative to the vehicle, characterized in that the calculation rule based on the principle of bending of beams, in particular cantilever, act on a force and / or a moment.

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.Device according to claim 1, characterized in that in that the calculation rule is based on a bar with at least one section is set, with acting on each section different forces.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstück des Balkens starr ist und zumindest ein Teilstück des Balkens elastisch ist.Device according to claim 2, characterized in that that at least a section of the beam is rigid and at least a portion of the beam is elastic.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Variable eine Beschleunigung des Fahrzeugs ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the first variable is an acceleration of the Vehicle is.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Variable die Drehrate um die Fahrzeuglängsachse ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the second variable, the yaw rate about the vehicle longitudinal axis is.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) auf der Fahrzeuglängsachse angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 1 ) is arranged on the vehicle longitudinal axis.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Variable zum gleichen Zeitpunkt ermittelt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the first and second variables are the same Time to be determined.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Insassenschutzsystem ein Seitenairbag, Curtain-Airbag oder ein Gurtstraffer ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the occupant protection system is a side airbag, Curtain airbag or a belt tensioner is.

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.Method for triggering decision of an occupant protection system in a vehicle, in which at least one acceleration value and a rotation rate are detected as a variable, the detected variables from a sensor ( 1 ) to a signal processing unit ( 2 ) and by the signal processing unit ( 2 ) are processed by means of a calculation rule, in which the deflection of an in-vehicle occupant is detected with respect to the vehicle to an output signal, wherein a protection system is triggered when the output signal exceeds a first predetermined threshold and a second predetermined threshold, thereby in that the calculation rule is based on the principle of bending beams, in particular cantilevers, on which a force and / or a moment act, the beam representing the vehicle occupant.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken in der Rechenvorschrift aus zumindest einem Teilstück gebildet wird.Method according to claim 9, characterized in that that the bar formed in the calculation rule of at least one section becomes.

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.Method according to claim 10, characterized in that in that the calculation rule is based on a bar with at least one section is set, with acting on each section different forces.