DE60211641T2

DE60211641T2 - Verfahren zur Steuerung der Position eines Insassens vor einer Fahrzeugskollision

Info

Publication number: DE60211641T2
Application number: DE60211641T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Nero West Bloomfield Morman; Kwaku O. Commerce Township Prakah-Asante
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: EP1331140B1; EP1331140A1; DE60211641D1; US20030139865A1; US6708095B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Steuerung oder Kontrolle der Position von Insassen und insbesondere auf ein Verfahren zur robusten Steuerung oder Kontrolle der Position eines Insassen vor einem Fahrzeugaufprall.
Hersteller von Kraftfahrzeugen bauen Sensorsysteme und Rückhaltestellantriebe mit ein, um so die Insassensicherheit zu verbessern. Bei heutigen Fahrzeugen zum Beispiel kommen statische Aufprall-Beschleunigungsmesser zum Einsatz, um auf den Fahrzeugaufbau wirkende Verzögerungen zu messen. In Reaktion auf die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser werden Luftsäcke, sogenannte Airbags, und andere Sicherheitsvorrichtungen entfaltet. Front-Airbags, Seiten-Airbags und Gurtstraffersysteme z.B. spielen eine wichtige Rolle bei der Erzielung der gewünschten Sicherheitsleistung. Zur Erzielung optimaler Funktion müssen die aktiven Rückhaltesysteme zum richtigen Zeitpunkt ausgelöst werden und müssen richtig koordiniert werden, um den entsprechenden Sicherheitszielen gerecht zu werden, einschließlich denen der Minimierung von Kopf- und Brustverzögerung, der Kräfte und Momente an den oberen Halswirbeln, und der Brustraumablenkung. Der Gurtstraffer nimmt Spiel aus dem Sicherheitsgurtband. Dies dient dazu, den Fahrzeuginsassen vor dem Entfalten der Luftsäcke bzw. Airbags oder anderer Sicherheitsvorrichtungen im Sitz zu halten.
Gegenwärtige Fahrzeuge verwenden typischerweise statische Aufprall-Beschleunigungsmesser zur Erfassung der Verzögerung, die auf den Fahrzeugaufbau wirkt. Sensoralgorithmen werten die Beschleunigungsmeßwerte aus zur Bewertung von Aufprall-Frühbedingungen, und zur Bestimmung der Strategien zur Entfaltung der Sicherheitsvorrichtungen. Durch die Integration der Sicherheits-Rückhaltesysteme zusammen mit auf Beschleunigungsmessern basierenden Aufprallsensorsystemen wird die Fahrzeugsicherheit insgesamt verbessert.
Unter bestimmten Bedingungen ist es allerdings wünschenswert, Informationen von Vorhersagesensoren noch vor einem Fahrzeugaufprall zu stellen, so daß Sicherheits-Gegenmaßnahmen aktiviert werden können, wenn ein Aufprall unvermeidlich ist. In dieser Hinsicht ist es wünschenswert, reversible Gurtstraffer zu haben, um die Position eines Insassen vor einem Aufprall anhand von Informationen von den Vorhersagesensoren bezüglich einer bevorstehenden Aufprallsituation zu bestimmen.
Ebenso ist es wünschenswert, über eine wirksame aktive Betätigung der Gurtstraffer zu verfügen, um so eine verbesserte, mit anderen Sicherheitsvorrichtungen wie Airbags koordinierte Verletzungsminimierung zu erzielen. Auch ist es wünschenswert, einen intelligenten Straffer-Mechanismus zu haben, eine redundante Unterstützungsstrategie für die Betätigung des Straffers, ein zuverlässiges Aufprall-Vorhersage-Erfassungssystem, und über Informationen bezüglich solcher Insassendaten wie Größe, Gewicht und Position zu verfügen, um ein verbessertes koordiniertes Verletzungsminderungssystem zu erzielen.
Aus der US-Patentschrift Nummer 5,785,347 ist es bekannt, ein Insassenrückhalte system für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 zur Positionierung eines Insassen vor einem Aufprall zu stellen, das einen Aufprallsensor zur Stellung eines Signals beinhaltet, das die voraussichtliche Schwere des Aufpralls anzeigt, einen mit einem Insassensitz gekoppelten Gewichtssensor zur Stellung eines den Insassengewichtswert anzeigenden Signals, einen Gurt-Vorstraffer, der auf ein Vorstraffer-Steuersignal anspricht, um einen mit besagtem Insassensitz gekoppelten Sicherheitsgurt zu straffen, eine Steuerung zur Erzeugung des besagten Vorstraffer-Steuersignalwertes als Funktion der vom Aufprallsensor und vom Gewichtssensor empfangenen Signale, und zur Weitergabe des besagten Vorstraffer-Steuersignals an besagten Vorstraffer.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren für eine robuste Steuerung bzw. Kontrolle der Position eines Insassen vor einem Fahrzeugaufprall zu stellen.
Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Steuerung bzw. Kontrolle der Position eines Insassen vor einem Fahrzeugaufprall gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren folgendes beinhaltet: in Reaktion auf die Erfassung eines Objektes, die Erzeugung eines Kollisionsindexwertes, welcher die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit besagtem Objekt darstellt, durch Empfang eines Näherungsgeschwindigkeitswertes und eines Abstandswertes zu besagtem erfaßtem Objekt von einem Objekterfassungssystem, und die Erzeugung des besagten Kollisionsindexwertes als Funktion der besagten Näherungsgeschwindigkeits- und Abstandswerte unter Verwendung einer unscharfen Logik, Erzeugung eines Querversatzwertes, welcher einen Abstand zu besagtem erfaßtem Objekt darstellt, die Bestimmung eines Gewichtswertes für einen Fahrzeuginsassen und, wenn besagte Kollisionsindex- und Querversatzwerte die Bedingungen entsprechender Schwellenwerte erfüllen, Erzeugung eines Vorstraffer-Ausgangswertes als Funktion des besagten Kollisionsindexwertes, des Gewichtswertes und einer Ansprechzeitkonstante für einen reversiblen Sicherheitsgurt-Vorstraffer, welcher einem von dem Fahrzeuginsassen benutzten Sitz zugeordnet ist, und die Aktivierung des Sicherheitsgurt-Vorstraffers als Funktion des besagten Vorstraffer-Ausgangswertes.
Die Erzeugung eines Ausgangswertes für den Vorstraffer kann außerdem den Empfang eines Empfindlichkeitswertes von einem Objekterfassungssystem beinhalten, und die Erzeugung des Vorstraffer-Ausgangswertes als Funktion des besagten Kollisionsindexes, des Gewichtswertes, der Ansprechzeitkonstante für den Sicherheitsgurt-Vorstraffer, und des Empfindlichkeitswertes.
Die Erzeugung des Vorstraffer-Ausgangswertes kann des weiteren die Erzeugung eines Ausgangswertes (Out₁) gemäß folgender Gleichung beinhalten: Out1 = G1·CI·(Wo/Wref)[1 – e–T/B]worin T die Zeit in Sekunden ist, und W_ref feinen Schwellenwert für das Gewicht des Insassen darstellt.
In diesem Falle kann die Aktivierung des Sicherheitsgurt-Vorstraffers außerdem die Abgabe eines maximalen Vorstraffer-Ausgangswertes an den Sicherheitsgurt-Vorstraffer beinhalten, wenn der Ausgangswert (Out₁) einen maximalen Vorstraffer-Wert überschreitet, und die Abgabe des besagten Ausgangswertes (Out₁) an besagten Sicherheitsgurt-Vorstraffer, wenn der Ausgangswert (Out₁) zwischen einem Vorstraffer-Minimalwert und besagtem Vorstraffer-Maximalwert liegt.
Besagtes Objekterfassungssystem kann wenigstens eines der folgenden beinhalten: ein Radar-, Lidar- oder ein optisches System.
Das Verfahren kann außerdem die Weiterleitung des besagten Vorstraffer-Ausgangswertes und des besagten Kollisionsindexwertes an eine Rückhaltevorrichtungssteuerung beinhalten, um im Falle einer Kollision mit besagtem erfaßtem Objekt einen Mehrstufen-Luftsack zu aktivieren.
Einem zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Insassen-Positionierungssystem für ein Fahrzeug zur Positionierung eines Insassen vor einem Aufprall gemäß Patentanspruch 7 gestellt.
Das besagte Objektsensorsystem kann wenigstens eines der folgenden beinhalten: ein Radarsystem, ein Lidarsystem und ein optisches System.
Die Erfindung soll nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:
1: eine Blockdiagrammansicht eines robusten Insassenpositionssteuersystems, wie es in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beansprucht ist;
2: einen Graphen von Zugehörigkeitsfunktionen der Geschwindigkeitseingabewerte des erfaßten Objektes für die Aufprall-Vorhersageeinrichtung aus 1;
3: einen Graphen von Zugehörigkeitsfunktionen der Kollisionsindex-Ausgangswerte in der Aufprall-Vorhersageeinrichtung aus 1;
4: ein Reaktionskennfeld des Ausgabewertes der Aufprall-Vorhersageeinrichtung, welches die Relativgeschwindigkeit, den Abstand und Kollisionsindexwerte zeigt;
5: ein Beispiel einer Kurve der Kollisionsindexwerte in der Aufprall-Vorhersageeinrichtung bei einer festen Geschwindigkeit und einem veränderlichen Abstand zum erfaßten Objekt;
6: ein logisches Flußdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Position eines Insassen vor einem Aufprall, wie es in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beansprucht ist; und
7: ein Funktionsblockdiagramm des Vorstraffer-Steuerungsverwaltungssystems aus 1.
Es sei nun Bezug genommen auf 1, wo eine Blockdiagrammansicht eines robusten Insassenpositions-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zur Entscheidungsfällung, die einen robusten Betrieb von rücksetzbaren Vorstraffer-Rückhaltevorrichtungen gewährleistet, welches Kollisionsvorhersageinformationen von einem Objekterfassungssystem wie z.B. einem Radar- oder Lidar-Sensorsystem verwendet.
Wie 1 zeigt, ist hier ein Referenzfahrzeug 50 dargestellt, vor dem sich eine Objekterfassungszone befindet. Die Objekterfassungszone 52 hat eine Breite w, die in etwa gleichgroß mit der Breite des Fahrzeuges 50 ist und vor dem Referenzfahrzeug 50 angeordnet ist. Die Größe der Objekterfassungszone ist eine Funktion des Erfassungssensorsystems für das besondere Fahrzeug 50.
Ein erfaßtes Objekt 54, wie z.B. ein anderes Fahrzeug, ist hier so dargestellt; daß es in den Objekterfassungsbereich 52 hineinragt. Wenn ein Objekt in den Erfassungsbereich 52 eintritt, wird die vorliegende Erfindung aktiviert, so daß sie eine potentielle Gefahr einer Kollision des Hindernisses 54 mit dem Referenzfahrzeug 50 ermittelt und ausgehend davon Entscheidungen bezüglich der Aktivierung eines Vorstraffers trifft.
Das robuste Insassen-Positionsvorhersage- und Steuersystem hat eine Steuerung 12. Die Steuerung 12 ist vorzugsweise auf einem Mikroprozessor aufgebaut, mit einem zugehörigen Speicher, Eingängen und Ausgängen und einem Kommunikationsbus. Der Speicher kann von verschiedenen Arten von Speichern gebildet werden, wie in der Technik bekannt ist, mit einem Nurlesespeicher, einem Schreib- und Lesespeicher und einem Permanentspeicher. Steuerung 12 kann Teil des elektronischen Steuermoduls des Fahrzeuges 50 sein, oder sie kann durch eine separate Steuerung gebildet werden.
Die Steuerung 12 beinhaltet drei Funktionssteuerblocks mit einer Aufprall-Vorhersage-Schätzschaltung (PIE) 14, einem Vorstraffer-Steuerungsverwaltungssystem (PCM) 16 und einer auf einem herkömmlichen Beschleunigungsmesser basierenden Steuerung 15 zur Entfaltung von Sicherheits-Rückhaltevorrichtungen 17, ausgehend von den frühzeitig ermittelten Aufpralldaten.
Zwar sind die PIE 14 und das PCM 16 hier als Teil der Steuerung 12 dargestellt, der Fachmann in der Technik wird jedoch erkennen, daß sie ebenso separate Komponenten umfassen können.
Ein Objekterfassungssystem 18 ist mit der Steuerung 12 und insbesondere mit der PIE 14 gekoppelt. Das Objekterfassungssystem 18 erzeugt ein Objektsignal, wenn sich ein Objekt (wie z.B. ein Fahrzeug 54) innerhalb des Objekterfassungs-Sehfeldes 52 befindet. Das Objekterfassungssystem 18 kann eine oder mehrere einer Reihe von Sensorarten beinhalten, einschließlich Radar-, Lidar-, Laser-Radar-, und optische Erfassungssysteme. Optische Erfassungssysteme können eine oder mehrere Kameras oder CDD-Vorrichtungen beinhalten. Sowohl Radar- als auch Lidar-Einrichtungen sind in der Lage, die Gegenwart und den Abstand eines Objektes zum Fahrzeug 50 zu erfassen. Wenn sie als Stereopaar eingesetzt werden, können zusammenwirkende optische Kameras ebenfalls den Abstand eines Objektes zum Fahrzeug ermitteln.
Fahrzeug-Bahnsensoren 20 sind ebenfalls mit der Steuerung 12 und insbesondere mit der Aufprallvorhersageschaltung PIE 14 gekoppelt, um Informationen zur Fahrtrichtung und -Geschwindigkeit bezüglich des Referenzfahrzeuges 50 zu liefern. Die Referenzfahrzeug-Bahninformationen werden zusammen mit der Position des erfaßten Objektes zur Bestimmung dessen verwendet, ob sich das Objekt im Weg des Fahrzeuges befindet. Die Bahnsensoren 20 beinhalten einen Geschwindigkeitssensor, der einer von einer Reihe dem Fachmann in der Technik bekannten Geschwindigkeits sensoren sein kann. Ein geeigneter Geschwindigkeitssensor kann z.B. einen Sensor an jedem Rad beinhalten, deren Daten dann von der Steuerung 12 oder der PIE 14 ausgemittelt werden. Die Steuerung würde dann die Radgeschwindigkeit in die Fahrzeuggeschwindigkeit umrechnen.
Geeignete Geschwindigkeitssensoren können z.B. Zahnkranzsensoren beinhalten, wie sie in blockiergeschützten Bremsanlagen verwendet werden.
Fahrzeug-Bahnsensoren 20 weisen auch Referenzfahrzeug-Richtungserfassungsfähigkeiten auf, wie sie z.B. durch einen Giergeschwindigkeitssensor oder einen Lenkrad-Einschlagwinkelsensor gestellt werden. Ein Giergeschwindigkeitssensor liefert vorzugsweise die Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges um den Schwerpunkt dieses Fahrzeuges. Die Giergeschwindigkeit stellt eine Messung der Drehfrequenz des Fahrzeuges um eine Achse senkrecht zur Fahrbahnoberfläche dar.
Zwar ist ein Giergeschwindigkeitssensor vorzugsweise im Schwerpunkt angeordnet, der Fachmann in der Technik wird jedoch erkennen, daß der Giergeschwindigkeitssensor auch an verschiedenen anderen Stellen des Fahrzeuges angebracht sein kann, und dann auf den Schwerpunkt zurückgerechnet werden kann, entweder am Giergeschwindigkeitssensor selbst, oder rechnerisch in der Steuerung 12, in an sich bekannter Weise.
Der Lenkwinkelsensor liefert ein Lenkrad-Einschlagwinkelsignal an die Steuerung 12. Das Lenkrad-Einschlagwinkelsignal entspricht dem Lenkradeinschlagwinkel am Lenkrad des Kraftfahrzeuges. Ein Giergeschwindigkeitssensor alleine oder ein Lenkrad-Einschlagwinkelsensor alleine, oder beide Sensoren in Kombination miteinander, kann/können dazu eingesetzt werden, die Fahrtrichtung des Referenzfahrzeuges 50 anzuzeigen.
Die Aufprall-Vorhersageschaltung 14 und das Vorstraffer-Steuerungsverwaltungs system 16 sind die Hauptsysteme zur Koordinierung der aktiven Betätigung der Sicherheitsgurt-Vorstraffer 22. Die Vorstraffer 22 können ein beliebiges, dem Fachmann in der Technik bekanntes System sein, das Spiel aus dem Sicherheitsgurtband nimmt und einen Insassen in seinem jeweiligen Sitz sichert.
Die PIE 14 empfängt Fahrzeuggeschwindigkeits- und Richtungsdaten vom Bahnsensorsystem 20 sowie die Näherungsgeschwindigkeit, den Abstand und die Aufprallrichtung des erfaßten Objektes 54 vom Objekterfassungssystem 18, das vorzugsweise ein Radarsystem ist. Die PIE 14 verarbeitet die Informationen bezüglich der Richtung, des Abstandes und der Näherungsgeschwindigkeit des Hindernisses, um dann Entscheidungen bezüglich der potentiellen Gefahr einer Kollision des Hindernisses mit dem Referenzfahrzeug 50 zu fällen. Der Ausgang der PIE ist eine Aufprallbedingung, die durch einen anhand von unscharfen Logikberechnungen erzeugten Kollisionsindex (CI) angezeigt wird, sowie der Querversatz (LD) des Hindernisses 54 in bezug auf das Aufnahmefahrzeug 50.
Der Kollisionsindexwert und die Hinderniskinematik einschließlich des Querversatzes LD des Hindernisses wird der Verwaltungsschaltung PCM 16 zugeführt, die diese Informationen wie weiter unten beschrieben verarbeitet, um die Betätigung der Vorstraffer 22 zu steuern. PCM 16 empfängt außerdem Daten von Insassen-Merkmalssensoren 24, welche wenigstens das Gewicht jedes Fahrzeuginsassen erfassen, um sicherzustellen, daß die erforderliche Vorspannkraft an dem jeweiligen Insassen-Sicherheitsgurt angelegt wird.
Die Insassen-Merkmalssensoren 24 können auch Insassen-Positionserfassungssysteme beinhalten, um die Position jedes jeweiligen Insassen im Fahrzeug 50 zu bestimmen, so daß die Vorstraffer 22 entsprechend gesteuert werden können. Der Entfaltungsstatus der aktiven Vorstraffer wird auch der auf einem Beschleunigungsmesser basierenden Steuerung 15 zugeführt, zusammen mit dem CI-Wert, der von der PIE 14 erstellt worden ist, um bei der Aktivierung von Mehrstufen-Luftsäcken behilflich zu sein, sofern das Fahrzeug damit ausgerüstet ist. Wie weiter unten noch im einzelnen erläutert werden soll, sind Schwellenwerte für die Aktivierung der Gurtstraffer 22 anhand des Kollisionsindexwertes so einstellbar, daß störende Betätigungen minimiert werden.
Zusätzlich kann ein Zuverlässigkeitsanzeiger der Daten des Objekterfassungssystems 18 bei den Berechnungen des PCM-Systems zur Aktivierung der Vorstraffer 22 berücksichtigt werden.
In einer Ausführungsform wird ein Radarsystem als Objekterfassungssystem 18 verwendet, um Informationen über den Abstand, die Näherungsgeschwindigkeit und und die Aufprallrichtung des erfaßten Objektes 54 zu erzielen. Die Radarsensoren sind vor dem Referenzfahrzeug 50 angebracht. Kollisionsvorhersageinformationen können in gleicher Weise auch für Bereiche auf der Seite und hinter dem Referenzfahrzeug 50 gesammelt werden. Ein Objekterfassungsbereich 52 von z.B. 20 Metern Länge, ausgehend vom Bug des Fahrzeuges 50, setzt die PIE und die PCM in Gang.
Im Betrieb bestimmt die PIE-Logik ein Potential einer Kollision zwischen dem Hindernis 54 und dem Referenzfahrzeug 50. Die PIE-Logikroutine beinhaltet ein auf unscharfer Logik (sog. Fuzzy-Logik) beruhendes Regelableitungssystem zur Bestimmung eines Kollisionsindex-Ausgangswertes. Dieser CI-Wert zeigt das relative Potential an, daß es zu einem Aufprall kommen kann, und zwar ausgehend von den Eingabewerten für die Hindernisgeschwindigkeit und den Hindernisabstand, wie sie durch das Detektorsystem 18 und das Bahnerfassungssystem 20 geliefert werden. Wenn ein Hindernis im Objekterfassungsbereich 52 erfaßt wird, bestimmt die PIE-Logikroutine das Kollisionspotential und schreibt ihm einen CI-Wert zwischen 0 und 10 zu. Durch die Darstellung der Abstands- und der Geschwindigkeitseingänge vom Radarsystem 18 in Form von unscharfer Logik ist die PIE 14 in der Lage, weich übergehend auf Änderungen der Abstands- und der Geschwindigkeitseingänge anzusprechen.
2 zeigt zum Beispiel einen Graphen von Geschwindigkeitszugehörigkeitsfunktionen, die zur Umrechnung der Abstands- und Geschwindigkeitseingänge, wie sie vom Erfassungssystem 18 empfangen werden, in unscharfe Logikausdrücke verwendet werden.
Wie 2 zeigt, ist der Geschwindigkeitsterm in Fünftel unterteilt, welche jeweils die Geschwindigkeiten sehr langsam (VL), langsam (L), schnell (F), sehr schnell (VF) und sehr sehr schnell (VVF) darstellen.
Es sei nun Bezug genommen auf 3, wo ein Graph der Aufprallbedinungs-Zugehörigkeitsfunktionen dargestellt ist, die zur Darstellung des CI zur Bestimmung des Kollisionspotentials verwendet werden. Wie 3 zeigt, reichen die Kollisionsindizes von 0 bis 10 in drei Zugehörigkeitsfunktionen, die jeweils ein niedriges (L), mittleres (M) oder hohes Potential (H) darstellen, daß es zu einem Aufprall auf das erfaßte Projekt kommt.
Mit Bezug auf 4 ist ein Kennfeld der CI-Werte dargestellt, die durch Berechnungen mit unscharfer Logik der Geschwindigkeits- und Abstandswerte von 0-20 m und Relativgeschwindigkeiten von 0-30 m/s dargestellt sind. Die CI-Werte innerhalb von 0-10 werden in Abhängigkeit von den Abstands- und relativen Näherungsgeschwindigkeitswerten ermittelt. Hohe CI-Werte werden dabei für geringere Abstände zum Fahrzeug erzielt. Bei gleichem Abstand spiegeln hohe Geschwindigkeiten höhere CI-Werte wider.
Mit Bezug auf 5 ist nun ein Graph der CI-Werte in der PIE für eine feste Geschwindigkeit von 14 m/s in einem Bereich von 2 bis 12 m dargestellt. Wie aus 4 ersichtlich ist, sind die CI-Werte für eine gegebene Geschwindigkeit um so höher, je kleiner der Abstand vom erfaßten Objekt ist. Der von der PIE 14 erzeugte CI-Wert und der entsprechende LD-Wert werden an die PCM 16 weitergeleitet.
Die PCM 16 koordiniert die Betätigung des aktiven rücksetzbaren Vorstraffersystems 22 und teilt den Aktivierungsstatus einem Sicherungssystem und entsprechenden Rückhaltesystemkomponenten 17 über das auf einem Beschleunigungsmesser basierende Steuermodul 15 mit.
Mit Bezug auf 6 ist nun ein logisches Flußdiagramm eines Steuerverfahrens für die PCM 16 dargestellt, wie es in der vorliegenden Erfindung beansprucht ist. Die Logikroutine beginnt bei Schritt 100 mit der kontinuierlichen Überwachung der Ausgänge des Radar-Erfassungssystems 18, bis in Schritt 102 ein Objekt innerhalb des gewünschten Bereiches erfaßt wird.
Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die PIE 14 in Schritt 104 einen CI-Wert, wie weiter oben erläutert wurde, und teilt die CI- und LD-Werte in Schritt 106 der PCM 16 mit. Die von der PIE 14 erhaltenen CI- und LD-Werte werden in Schritt 108 jeweils mit Schwellenwerten (TCI) und (TLD) verglichen, und wenn die Prüfbedingungen nicht erfüllt sind, wird der Vorstraffer in Schritt 110 nicht aktiviert. Andernfalls werden in Schritt 112 Ausgangssignale wie weiter unten erläutert ermittelt, und der Gurtstraffer wird betätigt. Der Aktivierungsstatus des Vorstraffersystems wird ebenfalls dem Steuermodul der Fahrzeugrückhaltevorrichtung mitgeteilt, zusammen mit dem CI-Wert, zwecks Entscheidungsfällung bezüglich der Aktivierung eines Mehrstufen-Luftsackes, wenn es zu einem Aufprall kommt.
Gleichungen, welche die Variablen in der PCM-Logikroutine in den Schritten 108 bis 112 bestimmen, sind wie folgt gegeben:

darin ist:

TCI_stat:: der Kollisionsindexstatus
TLD_stat:: der relative Querversatzstatus
CI:: der Kollisionsindex
W_o:: das Insassengewicht
W_ref:: der Insassengewichtsschwellenwert
G₁:: der Empfindlichkeitsverstärkungsfaktor für den Radar-Eingabewert
T:: die Zeit
B:: die Ansprechzeitkonstante für Out_1
Out₁:: der berechnete Ausgabewert
min_pt:: der kleinste zulässige Ausgabewert an den rücksetzbaren Gurtstraffer
max_pt:: der größte zulässige Ausgabewert an den rücksetzbaren Gurtstraffer
PT_out:: der an den rücksetzbaren Gurtstraffer gesendete Ausgabewert

Die Schwellenwertbedingungen für CI und LD werden jeweils durch die Gleichungen (1) und (2) gegeben. Die Zuverlässigkeit des Objekterfassungssystems, das in diesem Beispiel ein Radarsystem ist, wird durch den Verstärkungsfaktor G₁ in Gleichung (3) berücksichtigt.
Desgleichen wird das dem Vorstraffersystem zugeführte Betätigungssignal dynamisch dadurch geregelt, daß das Insassengewicht (W_o) berücksichtigt wird, und daß eine einstellbare PCM-Ausgangs-Ansprechzeit (B) mit einbezogen wird. Der Schwellenwert für die Betätigung des Vorstraffers ist anhand des CI-Wertes so einstellbar, daß unnötige (störende) Betätigungen minimiert werden, und so daß bestimmt werden kann, welche Sicherheitsvorrichtungen vor und/oder nach dem Eintreten der Kollision entfaltet werden sollen.
Es sei nun Bezug genommen auf 7, wo ein Funktionsblockdiagramm des Vorstraffer-Steuerverwaltungssystems (PCM) 16 dargestellt ist. Das PCM 16 empfängt von der PIE 14 den LD-Wert und den CI-Wert und vergleicht diese mit entsprechenden Schwellenwerten in den Blöcken 200 und 202. Die Gleichungen (1) bis (3) werden dann in Block 204 als Teil des aktiven Vorstraffer-Steuersystems ausgewertet, wobei in Block 206 das Insassengewicht berücksichtigt wird, und in Block 208 der Verstärkungsfaktor des Erfassungssystems mit einbezogen wird.
Der Vorstraffer-Ausgang (PT_out) aus Block 210 wird dann dem rücksetzbaren Vorstraffer zur Betätigung zugeführt. Der Betätigungsstatus für den Vorstraffer wird in Block 212 zusammen mit dem CI-Wert dem Steuermodul für die Luftsack-Rückhaltevorrichtung mitgeteilt, um bei der Entscheidungsfindung für die Betätigung eines Mehrstufen-Luftsackes im Falle einer Kollision zu helfen. Der Aktivierungsstatus des rücksetzbaren Vorstraffers wird in Block 214 auch dem passiven Vorstraffer zur Sicherung zugeführt, um verstärkte Systemzuverlässigkeit und Robustheit zu sichern. Werden die CI- und LD-Schwellenwertbedingungen nicht erfüllt, wird das Vorstraffersystem in Block 216 zurückgesetzt, um anzuzeigen, daß keine Vorstraffer-Tätigkeit gewünscht wird.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung somit ein Kollisionsvorhersage- und -Erfassungssystem und eine Sicherheitsgurt-Vorstraffer-Steuerstrategie, um eine robuste Steuerung und Kontrolle der Insassenposition vor einem Fahrzeugaufprall zu erzielen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Positionierung von Insassen in einem Referenzfahrzeug gestellt, das in Reaktion auf die Erfassung eines Objektes die Erzeugung eines Kollisionsindexwertes (CI) beinhaltet, welcher die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit dem erfaßten Objekt und die geschwindigkeitsabhängige Schwere darstellt, und die Erzeugung eines Querversatzwertes (LD), welcher einen Abstand zum erfaßten Objekt anzeigt. Ein Gewichtswert (W_o) für einen Fahrzeuginsassen wird ebenfalls ermittelt. Wenn die CI- und LD-Werte die jeweiligen Schwellenwertbedingungen erfüllen, erzeugt das Verfahren einen Vorstraffer-Ausgang (PT_out) als Funktion der CI- und W_o-Werte und aktiviert einen einem Sitz des Fahrzeuginsassen zugeordneten Sicherheitsgurt-Vorstraffer als Funktion des PT_out-Wertes.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Insassen-Positionierungssystem für ein Fahrzeug vor einem Aufprall gestellt. Das System beinhaltet einen Objektdetektor, einen einem Insassensitz zugeordneten Gewichtssensor zur Stellung eines Insassengewichtswertes (W_o), und einen Sicherheitsgurt-Vorstraffer, welcher auf ein Vorstraffer-Steuersignal (PT_out) anspricht, um einen dem Insassensitz zugeordneten Sicherheitsgurt zu straffen. Eine Aufprall-Vorhersage-Schätzschaltung (PIE) erzeugt einen Kollisionsindexwert (CI) als Funktion der Näherungsgeschwindigkeit und der Objektabstandswerte. Ein Vorstraffer-Steuermodul (PCM) empfängt die CI- und W_o-Werte, erzeugt einen PT_out-Wert als Funktion der CI- und W_o Werte und leitet den PT_out-Wert an den Sicherheitsgurt-Vorstraffer weiter.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Aktivierung des Sicherheitsgurt-Vorstraffersystems auf einem im voraus bestimmten Kollisionsindex beruht, und daß die Position des Insassen ermittelt werden kann, bevor eine potentielle Kollision tatsächlich eintritt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Verfahren für eine robuste Steuerung und Kontrolle der Position eines Insassen vor einem Fahrzeugaufprall ein Aktivierungssignal an einen reversiblen Vorstraffer liefert, das dynamisch dadurch geregelt wird, daß Insassenmerkmale wie das Gewicht berücksichtigt werden, um sicherzustellen, daß eine angemessen hohe Kraft am Insassen angelegt wird. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie ein Signal bezüglich des Status der Betätigung des aktiven Vorstraffers an einen passiven Sicherungs-Vorstraffer liefert. Einweiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß ein Bestätigungssignal mit dem Kollisionsindex an das Luftsack-RCM-Modul gesendet wird, um im Falle eines Aufpralles bei der Aktivierung von Mehrstufen-Airbags anhand von CI-Schwellenwerten behilflich zu sein.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß Schwellenwerte für den Vorstraffer ausgehend von dem Kollisionsindexwert einstellbar sind, um unnötige störende Betätigungen zu minimieren, und um Empfehlungen abzugeben, welche Sicherheitsvorrichtung vor und/oder nach der Kollision entfaltet werden soll.
Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß hier ein neuartiges System und neuartiges Verfahren für eine robuste Steuerung und Kontrolle der Position eines Insassen vor einem Fahrzeugaufprall in der Technik eingeführt wurde, das Vorteile gegenüber herkömmlichen Sicherheitsrückhaltevorrichtungen bietet.
Zwar ist die Erfindung in Verbindung mit einer oder mehreren besonderen Ausführungsformen beschrieben worden, es ist jedoch selbstverständlich, daß verschiedene Änderungen und Äquivalente konstruiert werden können, ohne den in den anhängenden Patentansprüchen definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Steuerung oder Kontrolle der Position eines Insassen vor einem Fahrzeugaufprall, worin das Verfahren folgendes beinhaltet: in Reaktion auf die Erfassung eines Objektes, die Erzeugung eines Kollisionsindexwertes (CI), welcher die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit besagtem Objekt (54) darstellt, durch Empfang eines Näherungsgeschwindigkeitswertes und eines Abstandswertes zu besagtem erfaßtem Objekt von einem Objekterfassungssystem (18), und die Erzeugung des besagten Kollisionsindexwertes (CI) als Funktion der besagten Näherungsgeschwindigkeits- und Abstandswerte unter Verwendung einer unscharfen Logik, Erzeugung eines Querversatzwertes (LD), welcher einen Abstand zu besagtem erfaßtem Objekt (54) darstellt, die Bestimmung eines Gewichtswertes (Wo) für einen Fahrzeuginsassen und, wenn besagte Kollisionsindex- und Querversatzwerte (CI und LD) die Bedingungen entsprechender Schwellenwerte erfüllen, Erzeugung eines Vorstraffer-Ausgangswertes (PT_out) als Funktion des besagten Kollisionsindexes (CI), des Gewichtswertes (Wo) und einer Ansprechzeitkonstante (B) für einen reversiblen Sicherheitsgur-Vorstraffer (22), welcher einem von dem Fahrzeuginsassen benutzten Sitz zugeordnet ist, und die Aktivierung des Sicherheitsgurt-Vorstraffers (22) als Funktion des besagten Vorstraffer-Ausgangswertes (PT_out).
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Erzeugung eines Vorstraffer-Ausgangssignals (PT_out) außerdem den Empfang eines Empfindlichkeitswertes (G1) von einem Objekterfassungssystem (18) beinhaltet, sowie die Erzeugung des Vorstraffer-Ausgangswertes (PT_out) als Funktion des besagten Kollisionsindexes (CI), des Gewichtswertes (Wo), der Ansprechzeitkonstante (B) für den Sicherheitsgurt-Vorstraffer und des Empfindlichkeitswertes (G1).
Verfahren nach Anspruch 2, worin die Erzeugung des Vorstraffer-Ausgangswertes (PT_out) des weiteren die Erzeugung eines Ausgangswertes (Out₁) gemäß der Gleichung: Out1 = G1·CI·(Wo/Wref)[1 – e–T/B]beinhaltet, worin: T die Zeit in Sekunden ist, und W_ref einen Insassen-Gewichtsschwellenwert darstellt.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Aktivierung eines Sicherheitsgurt-Vorstraffers (22) außerdem die Abgabe eines Vorstraffer-Maximalausgangswertes an besagten Sicherheitsgurt-Vorstraffer (22) beinhaltet, wenn der Ausgangswert (Out₁) einen Vorstraffer-Maximalwert überschreitet, und die Abgabe des besagten Ausgangswertes (Out₁) an besagten Sicherheitsgurt-Vorstraffer (22), wenn der Ausgangswert (Out₁) zwischen einem Vorstraffer-Minimalwert und besagtem Vorstraffer-Maximalwert liegt.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, worin besagtes Objekterfassungssystem (18) mindestens eines der folgenden beinhaltet: ein Radar, ein Lidar oder ein optisches System.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, worin das Verfahren des weiteren die Abgabe des besagten Vorstraffer-Ausgangswertes (PT_out) und des besagten Kollisionsindexwertes (CI) an eine Rückhaltevorrichtungs-Steuerung beinhaltet, zwecks Aktivierung eines Mehrstufen-Luftsacks im Falle eines Aufpralles auf besagtes erfaßtes Objekt (54).
Insassen-Positionierungssystem für ein Fahrzeug zur Positionierung eines Insassen vor einem Aufprall, mit einem Objekterfassungssystem (18) zur Erfassung eines Objektes, einem einem Insassensitz zugeordneten Gewichtssensor zur Stellung eines Signals, welches einen Insassengewichtswert (Wo) anzeigt, einem Sicherheitsgurt-Vorstraffer (22), welcher auf ein Vorstraffer-Steuersignal (PT_out) anspricht, so daß ein dem besagten Insassensitz zugeordneter Sicherheitsgurt gestrafft wird, einer Steuerung zur Erzeugung des Vorstraffer-Steuersignals als Funktion der vom Objekterfassungssystem (18) und vom Gewichtssensor empfangenen Signale, und zur Abgabe des besagten Vorstraffer-Steuersignals an besagten Sicherheitsgurt-Vorstraffer, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekterfassungssystem (18) einen Geschwindigkeitswert und einen Seitenabstandswert (LD) zum erfaßten Objekt (54) liefert, und daß das System außerdem eine Aufprall-Vorhersage-Abschätzungsvorrichtung (PIE) aufweist, die als Teil der Steuerung ausgebildet ist und einen Kollisionsindexwert (CI) als Funktion der besagten Geschwindigkeit und des besagten Seitenabstandes (LD) unter Einsatz einer unscharfen Logik erzeugt, sowie ein Vorstraffer-Steuermodul (PCM), das besagten Aufprallindexwert (CI) und Insassengewichtswert (Wo) empfängt, besagten Vorstraffer-Steuersignalwert (PT_out) als Funktion des besagten Kollisionsindexes (CI), des Insassengewichtswertes (W_o) und einer Ansprechzeitkonstante (B) des besagten Sicherheitsgurt-Vorstraffers (22) erzeugt und besagten Sicherheitsgurt-Vorstraffer (22) aktiviert, indem es besagten Vorstraffer-Steuersignalwert (PT_out) dem besagten Sicherheitsgurt-Vorstraffer (22) zuführt.
System nach Anspruch 7, worin besagtes Objekterfassungssystem (18) wenigstens eines der folgenden beinhaltet: ein Radarsystem, ein Lidarsystem und ein optisches System.