DE60104538T2 - Airbagsystem mit biomechanischen grauzonen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Sicherheitsrückhaltesystem mit biomechanischen Grauzonen, die den Betrieb des Rückhaltesystems definieren.
  • Fortschritte in Gasgeneratortechnologien erlauben die Verwendung von Airbag-Gasgeneratoren mit mehreren Ausstoßlevels. Diese neuen Gasgeneratoren verbessern zwar die Sicherheit der Fahrzeuginsassen über einen breiten Bereich von Crash-Bedingungen erheblich, sie erhöhen jedoch auch die Komplexität von Aufbau und Leistung eines Systems erheblich.
  • Beim Analysieren der Airbagsystemleistung ist es nützlich, das System in drei diskrete Kategorien zu unterteilen:
    • 1. Information: Erfassen von Informationen über Kollisionen und Fahrzeuginsassen;
    • 2. Analyse/Entscheidung: Analysieren der erfassten Informationen, um die Natur des Crash und die Umstände der Frontsitzpassagiere zu ermitteln, und entscheiden, wie das Airbagsystem entsprechend entfaltet wird; und
    • 3. Ansprechverhalten: Einstellen der Entfaltung des Airbags (d.h. des Gasgenerators) als Reaktion auf die Entscheidung.
  • Airbagsysteme erfassen Informationen durch Sensoren. Alle Airbagsysteme haben eine Art von Crash-Sensor, der das Auftreten eines Crash und dessen Schwere anzeigt. Diese Systeme verarbeiten Infornationen von den Crash-Sensoren mit einem Algorithmus, der Entscheidungen für die Entfaltung des Airbags trifft. Die Systeme können auch Sensoren haben, die Informationen über Dinge wie Benutzung des Sicherheitsgurts, Benutzung eines Kindersitzes, Gewicht, Größe und Ort der Fahrzeuginsassen sowie Sitzposition gibt. Die Informationen von den Sensoren werden von der elektronischen Steuereinheit für Entscheidungen darüber verwendet, ob und wann der Airbag entfaltet werden soll. Mit diesen fortschrittlichen Technologien arbeitende Airbagsysteme verwenden die Informationen zum Anpassen der Aufblasniveaus von mehrstufigen Airbags.
  • Der Informations-, der Analyse/Entscheidungs- und der Ansprechverhaltensaspekt von Airbagsystemen bieten Möglichkeiten zum Verbessern des Schutzes von Fahrzeuginsassen. So kann beispielsweise mit verbesserten Informationen über die Schwere einer Kollision die Entscheidung, ob ein Airbag entfaltet wird oder nicht, früher in einem Crash erfolgen. Wenn ein Airbagsystem Sensoren aufweist, die Informationen über das Gewicht und/oder die Größe oder den Ort der Fahrzeuginsassen gibt, dann kann es so ausgelegt werden, dass es die Entfaltung in Anwesenheit eines kleinen Kindes unterdrückt oder die Entfaltung für kleine Erwachsene und große Erwachsene unterschiedlich durchführt. Von wesentlicher Bedeutung für diese fortschrittlichen Systeme ist die Fähigkeit, mehrstufige Gasgeneratoren je nach Crash-Szenario auf verschiedenen Niveaus zu aktivieren. Die Region, in der es akzeptabel ist, entweder Low- oder High-Level-Ausstöße zu aktivieren, wird nachfolgend und in den Ansprüchen als biomechanische Grauzone bezeichnet.
  • Es werden Simulationsstudien mit spezifischen Fahrzeugmodellen und Crash-Situationen zum Definieren der biomechanischen Grauzonen verwendet. Aufprallgeschwindigkeit und Rückhaltebedingungen werden mit Hilfe von Fahrzeuginsassen-Simulationsmodellen analysiert. In dem beispielhaften Fall wurde nur die Fahrzeuginsassenleistung in der 50. Perzentile bei in der Mitte in Position sitzenden Fahrzeuginsassen untersucht; es ist natürlich vorgesehen, dass die Entwicklung eines tatsächlichen Rückhaltesystems mit biomechanischen Grauzonen Fahrzeuginsassen mit verschiedenen Größen berücksichtigen würde.
  • Die DE 198 16 989 A offenbart eine Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung zum Regeln der Betriebskenngrößen des Sicherheitsrückhaltesystems in einem Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Airbagmodul mit einem Gasgenerator, der einen Low-Level-Ausstoß erzeugen kann, und einem Gasgenerator, der einen High-Level-Ausstoß erzeugen kann. Die Erfassungsvorrichtung umfasst einen Crash-Sensor zum Erzeugen eines ersten Signals, das die Verlangsamung des Fahrzeugs bei einem Crash anzeigt, und einen Controller, der das erste Signal empfängt. Der Controller, der ein Signal erzeugt, das zum Steuern der genannten Betriebskenngrößen des Sicherheitsrückhaltesystems des Fahrzeugs verwendet wird, hat einen ersten unteren Schwellenwert, der die Mindeständerung der Geschwindigkeit anzeigt, bei der der Gasgenerator, der einen Low-Level-Ausstoß erzeugen kann, aktiviert werden soll, und einen ersten Zwangsauslösungsschwellenwert hat, der eine Mindeständerung der Geschwindigkeit anzeigt, bei der der Gasgenerator, der einen High-Level-Ausstoß erzeugen kann, aktiviert werden soll.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung zum Regeln der Betriebskenngrößen des Sicherheitsrückhaltesystems mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine bildliche Ansicht eines Kfz-Sicherheitsrückhaltesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 und 3 sind Bildschirmausdrucke von dem Computermodell, das zum Entwickeln der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird;
  • 4 ist eine Kurve, die den Ausgang der Fahrer- und Beifahrergasgeneratoren auf hohem und tiefem Level repräsentiert;
  • 5–7 sind Plots, die die Korrelation zwischen dein Ansprechverhalten des Computermodells und Schlittentests mit angeschnallten und unangeschnallten Fahrern und Beifahrern zeigen;
  • 8 zeigt eine Definition der biomechanischen Grauzonen;
  • 9 zeigt die biomechanische Grauzone mit einer Sensorgrauzone;
  • 10 und 11 zeigen ein Beispiel für eine biomechanische Grauzone des Fahrers;
  • 12 und 13 zeigen ein Beispiel für eine biomechanische Grauzone eines Beifahrers;
  • 14 zeigt die biomechanischen Grauzonen;
  • 15 zeigt die Überlappung der biomechanischen Grauzonen von Fahrer und Beifahrer;
  • 16 zeigt eine zusammengesetzte biomechanische Grauzone für Fahrer und Beifahrer.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlich allgemein mit Bezug auf ein Fahrzeugsicherheitsrückhaltesystem für Vorwärtskollisionen beschrieben, aber die Fachperson wird verstehen, dass die Erfindung natürlich nicht auf in Vorwärtsrichtung erfasste Kollisionen begrenzt ist und auf verschiedene andere Crash-Szenarios angewendet werden kann, wie z.B. auf Seitenaufprall oder Überschlag, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird.
  • 1 ist eine bildliche Ansicht einer typischen Fahrgastzelle 26 in einem Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Sensoren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die zum Steuern der Betriebskenngrößen des Sicherheitsrückhaltesystems des Fahrzeugs verwendet wird. Das Fahrzeugsicherheitsrückhaltesystem beinhaltet einen Aufroller 27, um den ein Sitzgurt 29 gewickelt ist. Ein Vorspanner oder Gurtfestzieher 28 ist entweder mit dem Aufroller oder einem Schloss verbunden. Eine Vorspannerzündpille 31 aktiviert den Vorspanner. Ein Airbagmodul 30 ist in einer Instrumententafel 34 oder im Lenkrad oder an der Seite des Fahrzeugs oder des Fahrzeugsitzes montiert.
  • Das fortschrittliche Airbagsystem verwendet einen Crash-Sensor 25 und Fahrzeuginsassensensoren 24, um Informationen über Kollisionen und Fahrzeuginsassen zu erfassen. Diese Informationen können verwendet werden, um die Leistung des Airbags an die Kenngrößen des Crash anzupassen. Wie oben erwähnt, können sie verwendet werden, um zu ermitteln, ob ein Airbag 38 entfaltet werden soll, wann er entfaltet werden soll und, wenn er mehrere Aufblaslevel hat, mit welchem Aufblaslevel und mit welcher Aufblasgeschwindigkeit.
  • Ein Crash-Sensor 25 misst die Schwere eines Crash, d.h. die Geschwindigkeitsabnahmerate, wenn ein Fahrzeug mit einem anderen Objekt kollidiert. Wenn ein Crash von relativ geringer Schwere erfasst wird, dann wird nur die Low-Level-Stufe eines zweistufigen Airbag-Gasgenerators aktiviert; wenn ein Crash mit mäßiger Schwere erfasst wird, dann werden die Low- und High-Level-Stufen eines zweistufigen Airbag-Gasgenerators mit einer bestimmten Zeitverzögerung zwischen den beiden Stufen aktiviert; und wenn eine schwererer Crash erfasst wird, dann werden beide Stufen entweder gleichzeitig oder mit einem sehr kurzen Intervall (5 – 10 Millisekunden) zwischen den Stufen aktiviert.
  • Informationen von Crash-Sensoren in Verbindung mit Sitzgurtbenutzungssensoren werden gewählt, um die geeigneten Schwellenniveaus für die Schwere des Crash für angeschnallte und für unangeschnallte Fahrzeuginsassen zu wählen. So sind beispielsweise mehrere Geschwindigkeitsschwellenwerte zum Entfalten von Airbags vorgesehen, und die Einstellung von Schwellengeschwindigkeitswerten ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung. So kann beispielsweise ein Fahrzeug einen niedrigeren Schwellenwert für die Airbag-Entfaltung bei etwa 19 km/h haben, wenn ein Fahrzeuginsasse unangeschnallt ist, und einen höheren Schwellenwert von etwa 29 km/h, wenn der Fahrzeuginsasse angeschnallt ist. Ein Gurtschlossschalter gibt die Information, damit aus diesen beiden Schwellenwerten ausgewählt werden kann.
  • Das Airbagmodul 30 hat einen Airbag 38, der innerhalb eines Airbaggehäuses 42 zusammengefaltet und gelagert ist. Eine Entfaltungsklappe 46 bedeckt den Airbag und ist so konfiguriert, dass sie nach dem Aufblasen des Airbags öffnet. Die Entfaltungsklappe kann Teil der Instrumententafel oder davon separat sein.
  • Ein Gasgenerator hat eine erste Gasquelle 52 und eine zweite Gasquelle 54, die auf der Rückseite des Airbaggehäuses 42 montiert sind, und ist funktionell mit dem Airbag 38 verbunden. Gas von der ersten und/oder der zweiten Gasquelle 52, 54 wird so zum Airbag geführt, dass der Airbag aufgeblasen wird.
  • Die Gasquellen 52, 54 haben typischerweise elektrisch betätigte Zündvorrichtungen 48, 50, die als Zündpillen bezeichnet werden. Die Zündpillen aktivieren die erste und/oder die zweite Gasquelle 52, 54, um Aufblasgas zu erzeugen oder freizugeben. Die Zündpillen können individuell aktiviert, gleichzeitig aktiviert oder in einer stufenweisen Folge aktiviert werden, um die Geschwindigkeit oder das Ausmaß der Airbagentfaltung zu regeln.
  • Zusätzlich zur Verwendung der Informationen über die Schwere des Crash und die Sitzgurtbenutzung für Strategien mit zwei Schwellenwerten werden diese Informationen auch zum Anwenden verschiedener Aufblaslevel für angeschnallte und unangeschnallte Fahrzeuginsassen durch die Verwendung des mehrstufigen Airbag-Gasgenerators verwendet. So benötigt möglicherweise beispielsweise ein angeschnallter Fahrzeuginsasse nur ein niedriges Aufblasniveau, da die Sitzgurte ebenfalls Rückhalt bieten, während ein unangeschnallter Fahrzeuginsasse die volle Airbagleistung benötigt, um ein rechtzeitiges Aufblasen und den vollen Schutz durch den Airbag zu erzielen. Ebenso können die Informationen über die Schwere des Crash mit einem mehrstufigen Gasgenerator verwendet werden, um ein niedriges Airbag-Aufblasniveau bei einem Crash von geringer Schwere oder ein Aufblasen mit voller Leistung bei einem Crash mit hoher Schwere zu erzielen, bei dem zusätzliche Rückhaltung zum Schutz der Fahrzeuginsassen erforderlich ist.
  • Die Zündpillen 48, 50, ein Belüftungsventil, ein Aufroller 27 und/oder ein Schlossvorspanner 28 werden von einem Controller 62 wie z.B. einem Mikrocomputer elektrisch aktiviert, wenn ein Crash erfasst wird. Der Controller 62 erzeugt die notwendigen Signale, so dass das geeignete dynamische Aufblasprofil des Airbags erzeugt wird, und der Sitzgurt wird auf besondere Crash-Bedingungen sowie auf die Anwesenheit und/oder die Position des Fahrzeuginsassen abgestimmt.
  • Darüber hinaus sind andere Sensoren vorgesehen, die den Airbag in Anwesenheit von Kindern unterdrücken, um unerwünschte Entfaltungen zu verhüten. Um dies zu erzielen, verfeinern Hersteller Sitzgewicht- oder Sitzmuster-Erkennungssysteme, um Größe und/oder Position des Fahrzeuginsassen zu erfassen.
  • Ein Gewichterfassungssystem 70, das sich im Sitzkissen 72 oder an der Basis des Sitzes befindet, schätzt das Gewicht des Fahrzeuginsassen unter Anwendung verschiedener Kraftmessdosentechnologien. Der letztere Ansatz hat das Potential, die möglichen Schwierigkeiten zu vermeiden, die bei Sitzkissengewichtsensoren auftreten können, wenn die Sitzrückenlehne genügend zurückgeklappt wird, um einen signifikanten Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen vom Sitzkissen auf die Sitzrückenlehne zu übertragen. Die Algorithmen in Verbindung mit diesen Vorrichtungen können die Effekte von Gurtzusammenziehkräften (z.B. von Kindersicherheitssitzen) durch die Anwendung von Gurtspannungs-Messhardware auf eingestellte Gewichtsbeurteilung berücksichtigen und minimieren.
  • Weitere fortschrittliche Fahrzeuginsassenerkennungssysteme, die sich in der Entwicklung befinden, arbeiten mit Technologien wie kapazitive, Ultraschall- und Infrarotsensoren zum Erfassen der Größe und/oder des Ortes von Fahrzeuginsassen mit Bezug auf das Airbagmodul. Diese werden beim Entwickeln von dynamischen statischen Unterdrückungsstrategien verwendet.
  • Strategien für statische Fahrzeuginsassenerkennungssysteme haben die Kapazität zu ermitteln, ob eine Airbagentfaltung berechtigt ist oder welches Aufblasniveau für die Größe und/oder die Position des Fahrzeuginsassen geeignet ist; z.B. ob der Fahrzeuginsasse ein kleines Kind oder eine voll erwachsene Person ist oder ob der Fahrzeuginsasse an der Sitzrückenlehne anliegt oder am Rand des Sitzes sitzt (dichter am Airbag). Diese Technologien können in Verbindung mit Sitzgewichterfassungs/Mustererkennungssystemen oder mit Sitzgurtgebrauchs- und Crash-Schwere-Erfassung eingesetzt werden, um Schätzungen über Fahrzeuginsassenklassifizierung und -Ortung zu verbessern.
  • Dynamische Unterdrückungsstrategien unter Anwendung fortschrittlicher Technologien wie z.B. kapazitiv, Ultraschall und Infrarot 24 führen dynamische Beurteilungen darüber durch, wann sich ein Fahrzeuginsasse nicht in Position befindet, indem sie den Ort des Fahrzeuginsassen während der Kollision ermitteln. Diese Technologien haben rasche Erfassungsfähigkeiten und -algorithmen, um die Entscheidung über Airbagentfaltung oder Unterdrückung zu fällen, z.B. im Falle eines Bremsvorgangs vor dein Aufprall.
  • Die Airbagsysteme verbinden Sensoren, die ermitteln, ob der Fahrzeuginsasse seinen Sitzgurt benutzt und wo der Fahrzeuginsasse den Fahrzeugsitz entlang der Sitzschiene 74 positioniert hat (d.h. ganz oder fast ganz vorne oder weiter hinten). Das fortschrittliche Airbagsystem unter Verwendung der Crash-Sensoren 25 und der Zweistufen-Gasgeneratoren 52, 54 verwenden Sitzgurtgebrauchsinformationen, um Entfaltungsschwellenwerte oder Aufblasniveaus einzustellen. Da ein unangeschnallter Fahrzeuginsasse bei einem Crash von geringerer Schwere anfälliger gegenüber Verletzungen ist als ein angeschnallter Fahrzeuginsasse, braucht der unangeschnallte Fahrzeuginsasse den Schutz eines Airbags bei niedrigeren Crash-Schweren als ein angeschnallter Fahrzeuginsasse. Demgemäß würde der Airbag bei einem niedrigeren Schwellenwert für einen unangeschnallten Fahrzeuginsassen entfaltet.
  • Sitzpositionssensoren 76 ermitteln, wie weit vorne oder hinten ein Sitz auf seiner Schiene 74 eingestellt ist. Das fortschrittliche Airbagsystem 72 ist so ausgelegt, dass ein zweistufiger Airbag 38 auf einem tieferen Level entfaltet wird, wenn der Sitz ganz vorne ist, als dies der Fall ist, wenn der Sitz weiter hinten ist. Dies wäre für kleinerwüchsige Fahrer nützlich, die ihren Sitz in der vordersten Einstellung haben, oder für Fahrer mit mittlerem bis hohem Wuchs, die ihren Sitz weiter hinten einstellen.
  • Die Implementation von zweistufigen Gasgeneratoren 52, 54 ist für die vorliegende Erfindung wesentlich. Die Flexibilität des Gasgeneratorausgangs bietet die Möglichkeit, je nach Aufprallgeschwindigkeit oder anderen Kriterien einen Low-Level-, High-Level- oder einen Gestufte-Verzögerung-Level auszulösen. Für die Zwecke des folgenden Beispiels wurden nur die High- und Low-Level-Ausstöße berücksichtigt. Und die Definition dieser Auslösungsschwellenwerte definiert die biomechanischen Grauzonen. Die Region, in der es akzeptabel ist, entweder Low- oder High-Level-Ausstöße zu aktivieren, wird hierin und in den Ansprüchen als biomechanische Grauzone bezeichnet.
  • Aufgrund der Komplexität des Systems und der Systemanforderungen ist es notwendig, eine Ermittlung und Systemdefinition der biomechanischen Grauzonen durchzuführen, indem ein komplexer Satz von Computer-Crash-Simulationen durchgeführt wird. Diese Simulationen werden benutzt, um zu ermitteln, unter welchen Umständen die Einleitung einer Rückhaltekomponente wahrscheinlich die Gesamtsicherheit der Fahrzeuginsassen verbessern wird, und auch um zu ermitteln, wann es eine Zunahme der Gefahr einer Verletzung gibt, die durch die Aktivierung der Rückhaltekomponente induziert wird. Ein Beispiel für eine solche Rückhaltesimulation wird nachfolgend definiert.
  • Das folgende Beispiel zeigt, wie die biomechanischen Grauzonen für ein bestimmtes Rückhaltesystem definiert werden können. 2 und 3 zeigen den Innenraum eines generischen, für die Industrie repräsentativen Fahrzeugs. Fahrer- und Beifahrersimulationsmodelle wurden anhand von Schlittentests korreliert. 2 und 3 zeigen die Kinetik bei angeschnalltem Fahrer und unangeschnalltem Beifahrer. Fahrerairbag- und Beifahrerairbag-Simulatormodelle wurden mit einem physikalischen dynamischen Freifallturm-Test korreliert, um die Airbagenergie zu korrelieren.
  • In der Simulation verwendete Crash-Impulse wurden von Barrierentests eines 'Unibody'-Fahrzeugs erzeugt oder von diesen Tests mit bekannten Algorithmen skaliert. Tabelle 1 zeigt eine Liste von Impulsen, deren Auslösungszeitpunkt (TTF) und jeweiligen Quellen.
  • Figure 00060001
  • Die für diese Studie verwendeten Gasgeneratoren waren die Modelle ARC Hybrid Dual Stage ADH-SDO und APH-TFA040 jeweils für Fahrer und Beifahrer. 4 zeigt die High-Level- und Low-Level-Tankdruckzeithistorie für die Gasgeneratoren ADH-SDO und APH-TFA040.
  • Das generische Modell wurde ursprünglich mit einem System- und Subsystemlevel korreliert. Für die Fahrer-Innenmodellkorrelation wurde eine angeschnallte und eine unangeschnallte Konfiguration bei 48 km/h verwendet. Die 5 und 6 zeigen die Fahrerkorrelation zwischen Modell und Schlittentest. Lenksäulenhub und Lenkradkranz-Steifigkeit wurden auf einen Freifallturm-Test korreliert. Die Korrelation des angeschnallten Modells erfolgte mit einem Nur-angeschnallt-Schlittentest. Für die Korrelation des Beifahrerinnemnodells wurde eine unangeschnallte AAMA-Konfiguration verwendet. 7 zeigt die Beifahrerkorrelation.
  • Eine Reihe von Tanktests wurde mit High- und Low-Level-Ausstößen durchgeführt. Diese Tests wurden für den Fahrergasgenerator (ADH-SDO) und den Beifahrergasgenerator (APH-TFA040) durchgeführt. Die Tanktestdruckzeithistorie wurde aufgezeichnet, dann in einem virtuellen Fahrzeuginsassensimulationstanktest simuliert. Die korrelierten Gasgeneratorausstöße wurden dann in der Airbagvalidierung verwendet.
  • Die Zweistufen-Airbags wurden in einem vertikalen Freifallturm getestet, wo die Freifallmassebeschleunigung und der Bagdruck aufgezeichnet wurden. Diese Daten wurden zum Korrelieren der Airbags verwendet, die dann in die System-Level-Modelle eingegeben wurden.
  • Durch Korrelieren der Modelle auf einem Subsystemlevel wurde ein hohes Maß an Konfidenz in Bezug auf Fähigkeit der Modelle erzielt, Trends der Fahrzeuginsassenleistung vorherzusagen. Diese Modelle wurden dann in einem vollen Werks-DOE (Design of Experiment) mit den folgenden Variablen verwendet: Kollisionsgeschwindigkeit, Gasgeneratorausstoß und Gurtbedingung.
  • Mit der Einführung von Zweistufen-Airbags muss die Fahrzeug-Crash-Controller-Erfassung entscheiden, wann ein High-Level- und wann ein Low-Level-Gasgeneratorausstoß ausgelöst werden muss. Ein Zwangsauslösungsschwellenwert muss für jede Auslösungsstufe erzeugt werden. Aufgrund der Natur von Erfassungssystemen und Fahrzeugstrukturen gibt es eine Erfassungsgrauzone 80, in der das System entweder eine Low- oder eine High-Level-Stufe und entweder eine Keine-Auslösung- oder eine Niedrig-Auslösung-Stufe auslösen könnte. Um die Sicherheit der Fahrzeuginsassen zu gewährleisten, muss das Rückhaltesystem eine äquivalente Grauzone 80 haben, die gleich oder größer als die Erfassungsgrauzone 82 ist. Die Rückhaltesystem-Grauzone wird als die biomechanische Grauzone bezeichnet. 8 illustriert die Gasgeneratorschwellenwerte und biomechanischen Grauzonen 80. 9 zeigt die Beziehung zwischen den Erfassungs- und biomechanischen Grauzonen 80. Die Verwendung von biomechanischen Grauzonen 80 ist für unangeschnallte Fahrzeuginsassen besonders wichtig.
  • In diesem Beispiel wird die biomechanisch gestützte Nichtauslösungs-High-Level-Gasgeneratorausstoß-Schwellengeschwindigkeit 84 als die Geschwindigkeit definiert, bei der der Low-Level-Gasgeneratorausstoß höhere In-Positions-Fahrzeuginsassenleistungswerte erzeugt als der High-Level-Gasgeneratorausstoß, aber die IARV-Zielwerte (Injury Assessment Reference Value = Verletzungsbeurteilungsreferenzwert) nicht übersteigt. Dies definiert, wann der High-Level-Gasgeneratorausstoß ausgelöst werden kann. In einigen Fällen kann es möglich sein, die Nichtauslösungs-High-Level-Schwellengeschwindigkeit auf einen niedrigeren oder höheren Wert einzustellen, weil die IARV-Zielwerte nicht überschritten werden.
  • Die biomechanisch gestützte Zwangsauslösungs-High-Level-Gasgeneratorausstoß-Schwellengeschwindigkeit 86 wird als die Geschwindigkeit definiert, bei der die Fahrzeuginsassenleistung mit dein Low-Level-Gasgeneratorausstoß die IARV-Zielwerte überschreitet. An dieser Stelle 86 muss der High-Level-Gasgeneratorausstoß ausgelöst werden. Die Geschwindigkeitsregion zwischen Nichtauslösungs-High-Level- und Zwangsauslösungs-High-Level-Schwellengeschwindigkeit wird als die biomechanische Grauzone 80 bezeichnet.
  • Die Kurve 88 ist die Leistungskurve des Systems mit einem Low-Level-Ausstoß. Kurve 90 repräsentiert die Leistungen eines bestimmten IARV-Level mit einem High-Level-Gasgeneratorausstoß. Region 92 definiert, wo ein High-Level-Ausstoß bessere Ergebnisse für einen bestimmten Crash ergibt als ein Low-Level-Ausstoß oder kein Gasgenerator. Region 94 definiert, wo ein Fahrzeuginsasse einen geringeren als den IARV-Zielwert mit einem Low-Level-Gasgenerator sieht. Es ist zu bemerken, dass diese Zonen von jedem IARV-Level definiert werden. Die biomechanische Zone des Systems ist eine Kombination aus den in 14 gezeigten Zonen 80.
  • Wie in den 5 – 7 gezeigt, sagte das Fahrzeuginsassensimulationsmodell zu hohe Nackenreaktionen voraus. Aus diesem Grund werden diese Werte beim Definieren der biomechanischen Grauzonen in dieser Simulationsstudie nicht verwendet. Weitere Arbeiten werden benötigt, um die Nackenkorrelation zu verbessern, wenn die Simulation zum Beurteilen von biomechanischen Nackengrauzonen verwendet werden soll.
  • Für die Zwecke dieses Beispiels wurden die IARV-Zielwerte bei 100% der FMVSS 208 Werte gemäß Definition in der USA National Highway Traffic Safety Administration „Development of the Improved Injury Criteria for the Assessment of Advanced Automotive Restraint Systems" vom September 1998 normalisiert. In der Praxis neigen Fahrzeughersteller dazu, Werte zu verwenden, die gleich oder kleiner als 80% des regulierten FMVSS-Wertes sind, um eine Erfüllungsmarge zu erzielen. Tabelle 2 zeigt den IARV-Zielwert für jeden Verletzungswert gemäß Definition durch die NHTSA. Da diese Werte Änderungen seitens der Regierung oder seitens Kfz-Herstellern unterliegen, sind sie lediglich beispielhaft.
  • Figure 00080001
  • Beginnend bei 10, zeigen die Zeichnungen die Fahrzeuginsassenleistungswerte, in Bezug auf jeden IARV-Zielwert für jeden Gasgeneratorausstoß in Abhängigkeit von der Aufprallgeschwindigkeit normalisiert. Die Unter- und Obergrenze der biomechanischen Grauzone 80 ist auf jeden Plot überlagert. Dies definiert die biomechanische Grauzone für jeden Fahrzeuginsassenleistungswert. Es ist auch ein Plot der biomechanischen Mindestgrauzone 80 auf der Basis aller Fahrzeuginsassenleistungswerte dargestellt.
  • 10 repräsentiert die Ergebnisse für einen angeschnallten Fahrer. Die errechnete Low-Level-Fahrzeuginsassenleistung überquert nicht die berechnete High-Level-Fahrzeuginsassenleistung, so dass das untere Ende der biomechanischen Grauzone auf die beurteilte Mindestgeschwindigkeit von 19 km/h eingestellt wird.
  • Fahrzeuginsassenleistungswerte mit Low-Level-Gasgeneratorausstoß überschreiten die IARV-Zielwerte für den beurteilten Geschwindigkeitsbereich nicht, so dass das obere Ende der biomechanischen Grauzone auf die beurteilte Höchstgeschwindigkeit von 56 km/h eingestellt wurde.
  • Die Fahrzeuginsassenleistungs-Mindesttrennung wurde mit den High- und Low-Level-Ausstößen beobachtet. Dies wird auf den Beitrag des Sitzgurtes zurückgeführt. Die resultierende biomechanische Grauzone liegt zwischen 19 km/h und 56 km/h.
  • 11 repräsentiert die Ergebnisse für einen unangeschnallten Fahrer. Die Kurve für die errechnete Low-Level-Fahrzeuginsassenleistung schneidet die für die berechnete High-Level-Fahrzeuginsassenleistung nicht, so dass das untere Ende der biomechanischen Grauzone auf die beurteilte Mindestgeschwindigkeit von 19 km/h eingestellt wird. Kopf-G-Werte, mit dem Low-Level-Gasgeneratorausstoß, überschritten den IARV-Zielwert bei 35 km/h; dies definiert das obere Ende der biomechanischen Grauzone. Kopf-G-Werte, mit dem High-Level-Gasgeneratorausstoß, überschritten den IARV-Zielwert bei 44 km/h; die gewünschte Geschwindigkeit ist höher als 48 km/h und legt den Schluss nahe, dass eine Verbesserung des Rückhaltesystems notwendig ist. Die resultierende biomechanische Grauzone liegt zwischen 19 km/h und 35 km/h.
  • 12 repräsentiert die Ergebnisse für einen angeschnallten Beifahrer. Die Kurve für die errechnete Kopf-G-Low-Level-Fahrzeuginsassenleistung schneidet die für die berechnete High-Level-Kopf-G-Fahrzeuginsassenleistung bei 37 km/h; dies definiert das untere Ende der biomechanischen Grauzone.
  • Fahrzeuginsassenleistungswerte mit Low-Level-Gasgeneratorausstoß überschreiten die IARV-Zielwerte für den beurteilten Geschwindigkeitsbereich nicht, so dass das obere Ende der biomechanischen Grauzone auf die beurteilte Höchstgeschwindigkeit von 56 km/h eingestellt wurde. Die Fahrzeuginsassenleistungs-Mindesttrennung wurde bei den High- und Low-Level-Ausstößen beobachtet. Dies wird auf den Sitzgurt zurückgeführt. Die resultierende mechanische Grauzone liegt zwischen 37 km/h und 56 km/h.
  • 13 repräsentiert die Ergebnisse für einen unangeschnallten Fahrgast. Die Kurve für die berechnete Brustdurchbiegung-Low-Level-Fahrzeuginsassenleistung schneidet die für die berechnete Brustdurchbiegung-High-Level-Fahrzeuginsassenleistung bei 45 km/h, aber es gibt eine Mindesttrennung und die Größe der Verletzungswerte ist geringer als 30% des IARV-Zielwerts. Der Brustdurchbiegungsschnittpunkt wurde ignoriert, und das untere Ende der biomechanischen Grauzone kann auf die beurteilte Mindestgeschwindigkeit von 19 km/h eingestellt werden. Kopf-G-Werte, mit dein Low-Level-Gasgeneratorausstoß, überschritten den IARV-Zielwert bei 30 km/h; dies definiert das obere Ende der biomechanischen Grauzone.
  • Kopf-G-Werte, mit dem High-Level-Gasgeneratorausstoß, überschritten den IARV-Zielwert bei 41 km/h; die gewünschte Geschwindigkeit ist höher als 48 km/h und legt den Schluss nahe, dass eine Verbesserung des Rückhaltesystems nötig ist. Die resultierende biomechanische Grauzone liegt zwischen 19 km/h und 31 km/h.
  • Für jeden Rückhaltezustand wurde die biomechanische Grauzone 80 für jeden IARV errechnet. Die biomechanische Grauzone 80 für jeden IARV wurde dann darüber gelegt, um die kleinste Grauzone für jede Rückhaltebedingung zu identifizieren. 14 zeigt die kleinsten Grauzonen, die von allen IARV-Werten erzeugt wurden.
  • Darüber hinaus zeigt 14 die Rückhalteleistung mit Bezug auf die IARV-Zielwere. Die Fahrzeuginsassenleistungswerte sollten die IARV-Zielwerte bei einer Geschwindigkeit von weniger als 48 km/h für einen unangeschnallten Fahrzeuginsassen und 56 km/h für einen angeschnallten Fahrzeuginsassen nicht überschreiten.
  • Die biomechanische Grauzone für einen angeschnallten Fahrer überspannt den gesamten beurteilten Geschwindigkeitsbereich, was den Schluss nahe legt, dass weitere Studien außerhalb des betrachteten Geschwindigkeitsbereiches wünschenswert sein können, bevor die tatsächlichen Grenzwerte der biomechanischen Grauzone definiert werden können. Die IARV-Zielwerte werden bei allen beurteilten Geschwindigkeiten erfüllt.
  • Das untere Ende der biomechanischen Grauzone für den unangeschnallten Fahrer wird durch die niedrigste beurteilte Aufprallgeschwindigkeit definiert, nicht den Schnittpunkt der Kurven der Low- und High-Level-Gasgeneratorausstoß-Fahrzeuginsassenreaktionen. Dies kann weitere Studien unterhalb des gegebenen Geschwindigkeitsbereiches erfordern. Der Kopf-G-Wert bestimmt das obere Ende der biomechanischen Grauzone. Der Kopf-G-Wert überschritt die IARV-Zielwerte bei einer Geschwindigkeit unterhalb der gewünschten Höchstgeschwindigkeit.
  • Kopf-G-Werte bestimmen das untere Ende der biomechanischen Grauzone für den angeschnallten Fahrgast, während innerhalb des beurteilten Geschwindigkeitsbereichs das obere Ende der biomechanischen Grauzone durch nichts bestimmt wurde. Die IARV-Zielwerte werden bei allen beurteilten Geschwindigkeiten erfüllt.
  • Das untere Ende der biomechanischen Grauzone für den unangeschnallten Beifahrer wird durch die niedrigste beurteilte Aufprallgeschwindigkeit bestimmt, nicht den Schnittpunkt der Kurven der Low- und High-Level-Gasgeneratorausstoß-Fahrzeuginsassenleistung. Weitere Studien sind möglicherweise unterhalb des gegebenen Geschwindigkeitsbereiches notwendig. Kopf-G-IARV-Zielwerte bestimmen das obere Ende der biomechanischen Grauzone. Für den unangeschnallten Passagier überschreiten die Kopf-G-Werte die IARV-Zielwerte unterhalb der beurteilten Höchstgeschwindigkeit.
  • Separate biomechanische Grauzonen können für Fahrer und Beifahrer errechnet werden. Wenn sie kombiniert werden, dann kann ein zusammengesetztes Gesamtbild für die Fahrzeuginsassenleistung erstellt werden. 15 zeigt die Beziehung zwischen der biomechanischen Grauzone und der Aufprallgeschwindigkeit. Die Überlappungsregion von Fahrer und Beifahrer definiert die zusammengesetzte biomechanische Grauzone unter der Annahme, dass gemeinsame Fahrer- und Beifahrerschwellenwerte verwendet werden.
  • 16 repräsentiert die zusammengesetzten biomechanischen Grauzonen für Fahrer und Beifahrer für jede Rückhaltebedingung. 16 definiert die Geschwindigkeitsbereiche, bei denen eine akzeptable biomechanische Leistung mit Gasgeneratoren mit High- oder Low-Level-Ausstoß erzeugt wird. Die biomechanischen Grauzonen können über die Erfassungsgrauzonen gelegt werden, die von dein Crash-Algorithmus erzeugt werden. Idealerweise sollten die Erfassungsgrauzonen in die biomechanischen Grauzonen fallen. 16 ist zum Identifizieren von Diskrepanzen zwischen den Sensor- und Rückhaltesystemleistungen nützlich und für die Erzielung eines ausgeglichenen Rückhaltesystemdesigns wesentlich.
  • Die biomechanischen Grauzonen für den angeschnallten Fahrer überspannen den gesamten beurteilten Geschwindigkeitsbereich. Innerhalb der beurteilten Geschwindigkeitsbereiche erfüllt der angeschnallte Fahrer alle IARV-Zielwerte für Low- und High-Level-Gasgeneratorausstoß. Die biomechanischen Grauzonen am unteren Ende für den unangeschnallten Fahrer wurden anhand der niedrigsten beurteilten Aufprallgeschwindigkeit bestimmt. Die biomechanische Grauzone am oberen Ende für den unangeschnallten Fahrer wird durch die Kopf-G-Werte bestimmt. Dies scheint durch den Kontakt des Kopfes mit der Windschutzscheibe verursacht zu werden.
  • Der unangeschnallte Fahrer überschreitet den Kopf-G-Zielwert bei einer Geschwindigkeit unterhalb der beurteilten Höchstgeschwindigkeit. Die biomechanische Grauzone am unteren Ende für den angeschnallten Fahrer wird durch die Kopf-G-Werte bestimmt, während das obere Ende nicht von einer Fahrzeuginsassenleistungsmessung bestimmt wurde und auf der höchsten beurteilten Aufprallgeschwindigkeit basierte.
  • Die biomechanischen Grauzonen am unteren Ende für den unangeschnallten Beifahrer wurden anhand der niedrigsten beurteilten Aufprallgeschwindigkeit bestimmt. Die biomechanische Grauzone am oberen Ende für den unangeschnallten Fahrer wird durch Kopf-G-Werte bestimmt. Der unangeschnallte Beifahrer überschreitet den Kopf-G-IARV-Zielwert bei einer Geschwindigkeit unterhalb der beurteilten Höchstgeschwindigkeit.

Claims (10)

  1. Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung zum Regeln der Betriebskenngrößen des Sicherheitsrückhaltesystems in einem Fahrzeug, die Folgendes umfasst: ein Airbagmodul (30) mit einem Gasgenerator, der einen Low-Level-Ausstoß (52) erzeugen kann, und einem Gasgenerator, der einen High-Level-Ausstoß (54) erzeugen kann; einen Crash-Sensor (25) zum Erzeugen eines ersten Signals, das die Verlangsamung des Fahrzeugs bei einem Crash anzeigt; einen Controller (62), der das erste Signal empfängt, wobei der Controller einen ersten unteren Schwellenwert, der die Mindeständerung der Geschwindigkeit anzeigt, bei der der Gasgenerator, der einen Low-Level-Ausstoß (52) erzeugen kann, aktiviert werden soll, und einen hohen Zwangsauslösungsschwellenwert hat, der eine Mindeständerung der Geschwindigkeit anzeigt, bei der der Gasgenerator, der einen High-Level-Ausstoß (54) erzeugen kann, aktiviert werden soll, und der ein Steuersignal empfängt, das zum Regeln der Betriebskenngrößen des Sicherheitsrückhaltesystems in einem Fahrzeug verwendet wird, Sensoren (24, 70, 73, 76), die Fahrzeuginsasseninformationen über Rückhaltebedingungen bereitstellen; dadurch gekennzeichnet, dass: der erste untere Schwellenwert (84) als die niedrigste Aufprallgeschwindigkeit definiert ist, bei der der Gasgenerator, der einen Low-Level-Ausstoß (52) erzeugen kann, höhere In-Position-Fahrzeuginsassen-Leistungswerte erzeugt als der Gasgenerator, der einen High-Level-Ausstoß (54) erzeugen kann, der aber die Außerpositions-IARV-Zielwerte (Injury Assessment Reference Value = Verletzungsbeurteilungsreferenzwert) nicht übersteigt; und dass der Zwangsauslösungsschwellenwert (86) als die niedrigste Aufprallgeschwindigkeit definiert ist, bei der der Gasgenerator, der einen Low-Level-Ausstoß (52) erzeugen kann, In-Position-Fahrzeuginsassen-Leistungswerte erzeugt, die die Außerpositions-IARV-Zielwerte übersteigen; wobei die In-Position-Fahrzeuginsassen-Leistungswerte auf der Basis des Gasgeneratorausgangs, der Aufprallgeschwindigkeit und der Fahrzeuginsasseninformationen über Rückhaltebedingungen beurteilt werden.
  2. Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die IARV-Zielwerte auf 100% der U.S.A. FMVSS 208 Werte normalisiert werden.
  3. Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die IARV-Zielwerte ausgewählt werden aus der Gruppe von HIC (Head Injury Criterion = Kopfverletzungskriterium) (36 ms), Kopf-G-Werten, Brust-G-Werten, Brustdurchbiegung, CTI (Combined Thoracic Index), Nackenscherung, Nackenspannung, Nackenkompression, Nackendehnung und Kombinationen davon.
  4. Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die IARV-Zielwerte geringer sind als die U.S.A. FMVSS 208 Werte.
  5. Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein IARV-Zielwert zwischen etwa 60% und 80% der U.S.A. FMVSS 208 Werte liegt.
  6. Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten Sensoren (24, 70, 73, 76) ein Gurtsignal erzeugen, das anzeigt, ob der Sitzgurt eines Fahrzeuginsassen ordnungsgemäß angelegt ist.
  7. Fahrzeuginsassenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die In-Position-Fahrzeuginsassen-Leistungswerte auf der Basis der Anlage des Sicherheitsgurtes sowie des Gasgeneratorausgangs und der Aufprallgeschwindigkeit beurteilt werden.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste untere Schwellenwert und der erste hohe Zwangsauslösungsschwellen beurteilt werden, wenn die Sensoren (24, 70, 73, 76) ein Signal erzeugen, das anzeigt, dass der Sitzgurt des Fahrzeuginsassen nicht ordnungsgemäß angelegt ist, und der zweitere untere Schwellenwert und der zweite hohe Zwangsauslösungsschwellenwert beurteilt werden, wenn die Sensoren (24, 70, 73, 76) ein Signal erzeugen, das anzeigt, dass der Sitzgurt des Fahrzeuginsassen ordnungsgemäß angelegt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Controller (62) einen Geschwindigkeitsbereich zwischen der unteren Schwellengeschwindigkeit und der hohen Zwangsauslösungsschwellengeschwindigkeit definiert, wobei entweder der Gasgenerator, der einen Low-Level-Ausstoß (52) erzeugen kann, oder der Gasgenerator, der einen High-Level-Ausstoß (54) erzeugen kann, betätigt werden kann.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sensoren (24, 70, 73, 76) ferner den Ort eines Fahrzeuginsassen im Fahrgastraum (26) erfasst.
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