DE69227808T2

DE69227808T2 - System und Verfahren zum Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit Aufpralldiskriminator in Zustandsraumdarstellung

Info

Publication number: DE69227808T2
Application number: DE69227808T
Authority: DE
Inventors: Jace L. Farmington Hills Michigan 48334 Allen; Tony Brighton Michigan 48116 Gioutsos
Original assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Current assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2012-05-19
Also published as: EP0528514A2; JP3117165B2; AU1714992A; US5282134A; KR0142857B1; DE69227808D1; CA2070908A1; JPH06286571A; EP0528514A3; EP0528514B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf Beschleunigung ansprechendes System und Verfahren zum Auslösen von Fahrzeug- Sicherheitsvorrichtungen, wie z. B. Airbags, die im Falle eines Aufpralls oder einer plötzlichen Fahrzeugverzögerung Fahrzeuginsassen schützen.
Der Stand der Technik lehrt eine Vielzahl Systeme und Verfahren zum Sensieren eines Fahrzeugaufpralls oder einer plötzlichen Fahrzeugverzögerung und zum Auslösen einer Fahrzeugsicherheitsvorrichtung, wie z. B. eines Airbags, oder zum Sperren eines Sicherheitsgurtes, oder zum Betätigen eines Vorspanners für einen Sicherheitsgurtaufroller. Typischerweise wird die Sicherheitsvorrichtung ausgelöst oder in sonstiger Weise in ihre Schutzstellung gebracht, wenn das System einen Aufprall oder eine Verzögerung erkennt, der bzw. die einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt. Ein solches "physikalisch basiertes" Verfahren der Aufprallerkennung des Standes der Technik, das einen elektronischen Beschleunigungssensor verwendet, integriert dessen Ausgang über die Zeit und vergleicht das Ergebnis mit einer Schwellengeschwindigkeit. Ein Problem bei dem Integrationsverfahren der Aufprallerkennung ist, daß die Heftigkeit des Aufpralls bei Hochgeschwindigkeitsschräg-, Teilhindernis- oder Pfostenaufprallen nicht früh genug ermittelt werden kann. Darüber hinaus führt der große "Graubereich" zwischen "Zündungs-" und "Nicht-Zündungsbedingungen" bei Niedergeschwindigkeitsaufprallbedingungen oft zu einem unbeabsichtigten Auslösen der Sicherheitsvorrichtung, wenn keine Auslösung erforderlich ist, oder zu einem Nicht-Auslösen des Sicherheitssystems, wenn eine Auslösung erforderlich ist. Darüber hinaus wird die Sicherheitsvorrichtung während Niedergeschwindigkeitsaufprallen oft nicht und nicht augenblicklich oder schnell genug aktiviert, um Verletzungen während Hochgeschwindigkeitsfrontalaufprallen oder für Pfosten- oder Offset-Aufpralle zu verhindern.
Ein zweites bekanntes Verfahren der Aufprallerkennung mit einem elektronischen Sensor versucht, zum Beurteilen des Aufpralls die Verwendung einfacher Geschwindigkeitsberechnungen zu verringern und statt dessen die während des Aufpralls freigesetzte Energie zu messen. Dennoch verwendet dieses "Energieverfahren" noch immer Geschwindigkeitsinformationen, was zu den gleichen Arten von Auslöseproblemen und langsamen Antwortzeiten führt, die bei dem Integrationsverfahren auftreten. Zusätzlich hat das Energieverfahren eine weitere Beschränkung hinsichtlich der Erkennungsfähigkeit, weil es nur über kurze Zeitintervalle genau ist.
Ein anderes bekanntes Verfahren der Aufprallerkennung verwendet einen eine Veränderungsrate der Fahrzeugverzögerung anzeigenden Ruck-Algorithmus in Kombination mit einem zweiten die Fahrzeugverzögerung selbst anzeigenden Algorithmus. Um die Sicherheitsvorrichtung auszulösen ist ein einstimmiges Ergebnis beider Algorithmen erforderlich. Leider kann das Erfordernis der Einstimmigkeit der Entscheidung eine Aktivierung der Sicherheitsvorrichtung verhindern, wenn der Fahrzeugaufprall die Kollision eines Fahrzeugs gegen die Seitenstruktur eines anderen Fahrzeugs umfaßt.
US-A-5036467 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Betätigung eines Insassenrückhaltesystems in einem Fahrzeug. Die Vorrichtung umfaßt einen Beschleunigungsmesser zum Bereitstellen eines elektrischen Zeitbereichsschwingungssignals mit Frequenzbestandteilen, die eine Fahrzeugaufprallbedingung angeben. Ein A/D-Konverter wandelt das Beschleunigungsmessersignal in ein digitalisiertes Signal. Ein schnelles Fourier-Transformationsgerät transformiert das digitalisierte elektrische Zeitbereichsschwingungssignal über mindestens zwei Zeitintervalle in Frequenzbereichssignale. Die Amplituden aller Frequenzklassen werden für jedes Frequenzbereichssignal über das gesamte Frequenzspektrum addiert, um einen Wert bereitzustellen, der dem Amplitudenintegral aller Frequenzklassen über das gesamte Frequenzspektrum für das zugehörige Frequenzbe reichssignal entspricht. Die Integralwerte der Frequenzbereichssignale werden addiert. Ein Mikrokomputer überwacht die Summe der Integralwerte der Frequenzbereichssignale und betätigt das Insassenrückhaltesystem, wenn die Summe der Integralwerte der Frequenzbereichssignale größer als eine vorbestimmte Schwelle ist, wodurch angezeigt wird, daß sich eine besondere Art eines Fahrzeugaufpralls ereignet.
DE-A-40 30 612, auf der die Oberbegriffe der beigefügten Ansprüche 1 und 9 basieren, offenbart ein Airbag-Zündsteuersystem, das einen Verzögerungssensor verwendet, um zwei Signale zu erhalten, nämlich ein Geschwindigkeitssignal und ein Kollisionsartsignal. Das Kollisionsartsignal kann entweder durch die Differenz der Maximal- und Minimalbeschleunigungswerte oder durch das Integrieren mittlerer Frequenzbeschleunigungsbestandteile errechnet werden. Ein Zünden des Airbags wird gemäß den Werten beider Signale bestimmt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren der Aufprallerkennung bereitzustellen, das eine Sicherheitsvorrichtung dann auslöst, wenn die Größe eines Fahrzeugaufpralls oder einer plötzlichen Fahrzeugverzögerung einen Schwellenpegel übersteigt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorhersagebasiertes Verfahren der Aufprallerkennung bereitzustellen, das den aus dem Stand der Technik bekannten physikalisch basierten Verfahren überlegen ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der Aufprallerkennung bereitzustellen, das das Erfordernis einer an den Beginn des Aufpralls angepaßten, zeitvariierten Schwelle vermeidet.
Erfindungsgemäß ist das System des beigefügten Anspruchs 1 bereitgestellt. In diesem Anspruch soll der Ausdruck "Beschleunigung" auch "Verzögerung" umfassen.
Die Einrichtung(en) zum Umwandeln der Beschleunigungsdaten in einen Signalraumvektor umfassen bevorzugt Einrichtungen zum Erhalten von Logarithmuswerten, im folgenden als Log-Werte abgekürzt, der Beschleunigungsdaten, wie z. B. eine ROM- Nachschlagetabelle, Einrichtungen zum Ermitteln einer Autokorrelationsfunktion der Log-Werte der Beschleunigungsdaten und Einrichtungen, wie z. B. ein Abgleichfilter, zum Errechnen von ersten und zweiten Basisvektorwerten aus der Log-Korrelationsfunktion zur Verwendung im Signalraum-Diskriminator.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Systems umfaßt die Einrichtung zum Ermitteln der Log-Korrelationsfunktion der Beschleunigungsdaten eine von einer aktuellen Abtastzeit und Zeitverzögerung abhängige Addition, da die Autokorrelationsfunktion die Entscheidung, ob die Sicherheitsvorrichtung ausgelöst werden soll, dominiert. Der erste aus der Log-Korrelationsfunktion errechnete Basisvektorwert ist vorzugsweise ein Gleichstromvektorwert, und der zweite Basisvektorwert ist vorzugsweise ein von einem negativem Wert zu einem positivem Wert verlaufender Anstiegsvektorwert. Zusätzlich umfaßt die Einrichtung zum Errechnen der ersten und zweiten Basisvektorwerte vorzugsweise einen Abgleichfilter. Zum Verringern der Rauscheinflüsse werden vorzugsweise auch Filter-, Mittelungs- und Glättungstechniken verwendet, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines unbeabsichtigten Auslösens der Sicherheitsvorrichtung verringert wird.
Erfindungsgemäß wird auch das Verfahren des beigefügten Anspruchs 9 bereitgestellt. In diesem Anspruch soll der Ausdruck "Beschleunigung" auch "Verzögerung" umfassen.
Der Schritt des Umwandelns der digitalen Daten in einen Signalraumvektor umfaßt vorzugsweise die Schritte des Erhaltens von Log-Werten der digitalen Daten, etwa mit einer ROM-Nachschlagetabelle, des Ermittelns einer Autokorrelation der Log-Werte mittels eines Zeitverzuges und des Abgleichfilterns der Log- Korrelation. Der Schritt des Ermittelns der Autokorrelation kann eine von einer aktuellen Abtastzeit und einem aktuellen Zeitverzug abhängige Addition umfassen. Darüber hinaus wird der sich ergebende Signalraumvektor vorzugsweise teilweise durch den Gleichstromvektorwert der digitalen Beschleunigungsdaten und durch den von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verlaufenden Anstiegsvektorwert bestimmt. Vorzugsweise wird das analoge Beschleunigungssignal vom Sensor vor seiner Umwandlung in eine digitale Form auch geglättet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A-1C veranschaulichen ein Anstiegseingangssignal und zwei seiner Korrelationsfunktionen;
Fig. 2A-2C veranschaulichen ein Anstiegseingangssignal und zwei seiner Korrelationsfunktionen;
Fig. 3 stellt die Bewegung von Aufprallsignal-Raumwerten dar;
Fig. 4 ist ein allgemeines Schema einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Schaltkreises, der die in Fig. 4 allgemein dargestellte Ausführungsform verwendet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung baut auf der Prämisse auf, daß ein korreliertes Signal und ein unkorreliertes Signal durch Vergleichen ihrer entsprechenden Korrelationsfunktionen leicht unterschieden werden können, und daß ferner selbst korrelierte Signale durch ihre Korrelationsfunktionen unterschieden werden können. Darüber hinaus kann ein vervielfachendes Rauschen vom tatsächlichen Aufprallimpuls durch Autokorrelation der Log-Werte der von einem Beschleunigungssensor erzeugten Daten unterschieden werden, wodurch ein System und ein Verfahren der Aufprallunterscheidung bereitgestellt wird, das durch eine erhöhte Zuverlässigkeit und eine verringerte Antwortzeit gekennzeichnet ist.
Insbesondere ist die generische Analogzeit-Definition der Autokorrelationsfunktion RX einer Zufallsvariablen x:
Rx(t&sub1;, t&sub2;) = E[x(t&sub1;), x(t&sub2;)], (1)
wobei E der erwartete Wert ist, t&sub1; und t&sub2; die ersten bzw. zweiten Zeitpunkte sind und x(ti) die Zufallsvariable x zur Zeit t&sub1; ist. Wenn sie auf diskrete Zeitintervalle angewendet wird, wird die Autokorrelationsfunktion Rx:
Rx(n&sub1;, n&sub2;) = E[x(n&sub1;), x(n&sub2;)], (2)
für alle Abtastzeiten N. Darüber hinaus wird ein Signal x als weitgehend stationär ("WSS") betrachtet, wenn:
Rx(n&sub1;, n&sub2;) Rx(n&sub2; - n&sub1;) Rx(N) - E[x(n) x(n + N)]. (3)
wobei der Zeitverzug N die Zeitverzögerung zwischen den zwei abgetasteten Zeiten n und n + N ist. Die Implikation eines WSS- Signals ist, daß unabhängig von der Zeit n, zu der das Signal abfetastet wird, die gleiche Autokorrelationsfunktion erhalten werden, da für deren Ermittlung nur der Zeitverzug N relevant ist.
Mit der Erwartungsdefinition kann die Gleichung (3) erweitert werden, um zu erhalten:
Rx(N) = x(n + k) x(n + k + N), (4)
für alle Abtastzeiten n und Zeitverzüge N, wobei L die Korrelationsfensterlänge und k die gegenwärtige Abtastzeit ist. Idealerweise müßte man das Signal über einen unendlichen Zeitraum betrachten, um entweder für ein WSS-Signal oder eine Nicht-WSS- Zufallsvariable, wie durch Gleichung (4) dargestellt, die exakte Autokorrelationsfunktion zu erhalten. Eine solche Vorgehensweise ist jedoch für eine vorhersagebasierte Aufprallerkennung ungeeignet. Also schätzt die vorliegende Erfindung die Autokorrelationsfunktion Rx durch trichterförmiges Einengen der Grenze der Erwartung ab, wobei die Nicht-WSS-Definition der Autokorrelation verwendet wird, wodurch man das Folgende erhält:
x(n&sub1;, n&sub2;) = 1/2L x(n&sub1; + k) x(n&sub2; + k), (5)
für -L ≤ (n&sub1; - n&sub2;) ≤ L. Darüber hinaus kann die Gleichung (5) umgeschrieben werden als:
x(n, N) = 1/2L x(n + k) x(n + k + N), (6)
für alle -L ≤ N ≤ L. Somit ist die Schätzung der Autokorrelationsfunktion einzig von der gegenwärtigen Abtastzeit n und dem Zeitverzug N abhängig. Schließlich wird die Autokorrelationsfunktion für eine aktuelle Abtastzeit n durch Errechnen ihres Null-Zeitverzuges geschätzt, indem die multiplizierten Abtastpaare um die Abtastung n, von der Abtastung n-N bis zur Abtastung n+N, addiert werden.
Bezüglich einer vorhersagebasierten Aufprallerkennung gemäß der vorliegenden Erfindung approximiert ein dem frühen Abschnitt eines Fahrzeugsaufpralls oder einer plötzlichen Fahrzeugverzögerung entsprechendes Beschleunigungssignal eine Anstiegsfunktion, wobei solch ein Signal typischerweise als ein bei null g startender und zu höheren g-Werten ansteigender, 90º phasenverschobener halber Sinuspuls (haversine pulse) angenommen wird. Zum Maximieren der Insassensicherheit muß ein Aufprall in seinen Anfangsphasen erkannt werden, das heißt während das sich daraus ergebende Beschleunigungssignal noch ansteigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in Fig. 1 eine grafische Darstellung eines Anstiegseingangssignals 10 gezeigt. In Fig. 1B ist die Autokorrelationsfunktion 12 für das Anstiegssignal 10 zeichnerisch als Amplitude gegen einen Zeitverzug zu einem Zeitpunkt t dargestellt, wobei t gleich Null ist. Auf ähnliche Weise ist in Fig. 1C die Autokorrelationsfunktion 14 des Anstiegssignals zeichnerisch als Amplitude gegen einen Zeitverzug zu einem Zeitpunkt t dargestellt, wobei t gleich irgendeinem positiven Wert ist. Die Fig. 2A bis 2C stellen in gleicher Weise ein abfallendes Eingangssignal 16 und dessen entsprechende Autokorrelationfunktionen 18 und 20 dar. Somit kann gesagt werden, daß ein Anstiegseingangssignal eine Anstiegsautokorrelationsfunktion und ein abfallendes Eingangssignal eine abfallende Autokorrelationsfunktion hat. Es sei bemerkt, daß die Autokorrelationsfunktionen 12, 14, 18 und 20 der Fig. 1B, 1C, 2B bzw. 2C nicht stationär sind, weil die Abtastzeit n gleich Null ist; wenn die Abtastzeit n gleich einem von Null abweichenden Wert wäre, würde eine andere Autokorrelationsfunktion erhalten werden.
Da die Autokorrelationsfunktion eines Anstiegssignals, wie in den Fig. 1A bis 1C zu sehen ist, ebenfalls ansteigend ist, müssen nur die Anstiegsautokorrelationsfunktionen geprüft werden, um einen Aufprall oder eine plötzliche Fahrzeugverzögerung zu erkennen, der bzw. die ein Auslösen des Airbags erfordern. Folglich sind korrelierte und unkorrelierte abfallende und Konstantpegel-Signale nicht länger von Interesse. Darüber hinaus kann ein korreliertes Rauschen von der einem Aufprallimpuls entsprechenden Anstiegsfunktion leicht unterschieden werden, weil die Autokorrelationsfunktion fast jedes Rauschens eine Zacke ist.
Ein vervielfachendes Hochfrequenzrauschen, wie es bei einem Aufprall aufgrund der Fahrzeugkonstruktion, des Aufpralltyps und/oder einer unebenen Straße erzeugt werden kann, kann ebenfalls aus dem Sensorausgangssignal entfernt werden, indem man die der momentanen Signalamplitude zugehörigen Logarithmuswerte ermittelt und die sich ergebenden Logarithmuswerte tiefpaßfiltert. Somit dient das Autokorrelieren der Logarithmuswerte der Beschleunigungsdaten erfindungsgemäß ferner zum Unterscheiden des Rauschens von dem zugrundeliegenden Aufprallimpuls. Es versteht sich, daß das die momentane Fahrzeugbeschleunigung repräsentierende Analogsignal eines Beschleunigungssensors vor seiner Digitalisierung zum Zwecke einer Autokorrelation vorzugsweise bei einem Wert von 1 g abgeschnitten werden kann. Das Abschneiden des Signals kann einen vervielfachenden Rauschterm hinzufügen, der in gleicher Weise von einem zugrundeliegenden Aufprallimpuls erfindungsgemäß getrennt werden kann, indem der momentanen Signalamplitude zugehörige Logarithmuswerte ermittelt und die sich ergebenden Log-Werte tiefpaßgefiltert werden.
Zum Zwecke der erfindungsgemäßen Ermittlung der Log-Korrelation der Beschleunigungsdaten, kann die aktuelle Abtastzeit n als fest betrachtet werden. Daher kann eine Log-Korrelationsfunktion w(n, N) mittels der folgenden Gleichung ermittelt werden:
wobei N der Zeitverzug der Autokorrelationsfunktion, a die Amplitude des Aufprallpulses, h(n) die Aufprallimpulsform, die der vorliegende Algorithmus zu erkennen versucht, und m(n) ein unabhängig gleich verteiltes Rauschen ist.
Wie obenstehend erwähnt, ist der erste Term in der Gleichung (7) die Log-Korrelation der einen Anstieg approximierenden Anstiegsfunktion. Die zweiten und dritten Terme verkörpern die Log-Korrelation der Summe der Anstiegsfunktion und eines vervielfachenden Rauschens, wobei beide Terme im allgemeinen nicht wie ein Anstieg aussehen. Der vierte Term ist die Log- Korrelation des vervielfachenden Rauschens, die nicht wie ein Anstieg aussieht. Als solches ist in der Gleichung (7) nur der erste Term für die Aufprallerkennung relevant. Da angenommen wird, daß der zugrundeliegende Aufprallimpuls eine niedrige Frequenz hat, können die drei vervielfachenden Rauschterme mit einem (nicht gezeigten) Tiefpaßfilter entfernt werden. Es versteht sich, daß ein solcher Tiefpaßfilter in dem Abgleich filter enthalten sein kann, der anschließend zum Umwandeln des Log-Korrelationsausgangs in einen Signalraumwert verwendet wird, wie es untenstehend noch ausführlicher beschrieben werden wird.
Aus dem Vorhergehenden und unter der Annahme, daß h(n) = n, d. h. daß der Aufprallimpuls eine Anstiegsfunktion approximiert, kann die den Beschleunigungsdaten zugehörige Log-Korrelation w(n, N) wie folgt abgeschätzt werden:
w(n, N) = log[a(n + k)] log[a(n + N)] (8)
Während die durch Gleichung (8) beschriebene Funktion im allgemeinen nicht wie eine Anstiegsfunktion aussieht, hat sie die Merkmale einer Anstiegsfunktion, wenn die Beschleunigungsdaten in verhältnismäßig kleinen Gruppen betrachtet werden, z. B. vielleicht 15 Abtastungen für eine vorgegebene Korrelationsfensterlänge L.
Eine Neigungstransformation, die durch Verwenden eines Abgleichfilter implementiert werden kann, wird zum Auffinden von relevanten Basiswerten der durch die Gleichung (8) approximierten Log-Korrelationsfunktion verwendet. Insbesondere werden für eine erfindungsgemäße vorhersagebasierte Aufprallerkennung unter Verwendung einer Neigungstransformation nur zwei Basisvektoren benötigt, um die Anstiegswerte zu finden: Der erste relevante Basisvektor ist der Gleichstrom-Vektor und der zweite relevante Basisvektor ist der von einem negativen zu einem positiven Wert verlaufende Anstiegsvektor. Alle anderen Basisvektoren der Log-Korrelationsfunktion sind orthogonal zu diesen zwei Basisvektoren und daher nicht für die Errechnung der notwendigen Anstiegswerte relevant. Wenn der angepaßte Filter ein Signal vom Anstiegstyp ist, ist ein Signal vom Dreieckstyp, z. B. eines das mit der Form eines unkorrelierten Rauschens übereinstimmt, orthogonal zum Anstiegsbasisvektor. Somit erzeugt ein unkorreliertes Signal im Anstiegssignalbereich keinen Wert. Es sei bemerkt, daß die obige Neigungstransformation auch das Tiefpaßfiltern der zum Entfernen von vervielfachendem Hochfrequenzrauschen benötigten Log-Korrelation ausführt, insofern als beide Basisvektoren selbst Tiefpaßsignale sind.
Fig. 3 stellt die Bewegung eines Signalraumwerts für einen typischen Fahrzeugaufprall dar, bei der der oben beschriebene erste Basisvektorwert längs der Horizontalachse gemessen wird und der oben beschriebene zweite Basisvektorwert längs der · Vertikalachse gemessen wird. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, ist der allgemeine Trend bei Fahrzeugaufprallen, daß sie an einem Punkt 22 mit einem hohen zweiten Basisvektorwert und einem niedrigen ersten Basisvektorwert beginnen. An einem Punkt 24 im mittleren Abschnitt des Aufpralls wird der erste Basisvektorwert hoch und der zweite Basisvektorwert niedrig. Während der zweiten Hälfte des Aufpralls, in Fig. 3 durch Punkt 26 dargestellt, beginnt sich der erste Basisvektorwert zu vermindern. Und schließlich, wenn der Aufprall vorüber ist, sind sowohl der erste als auch der zweite Basisvektorwert nahe bei Null, wie in Fig. 3 durch Punkt 28 veranschaulicht. Darüber hinaus stellen Punkte mit größeren ersten und zweiten Basisvektorwerten im allgemeinen Aufpralle größerer Stärke dar. Insbesondere können eine unebene Straße und Aufpralle geringerer Stärke ein paar Punkte erzeugen, die einem stärkeren Aufprall ähnlich sind. Daher muß eine Berücksichtigung der Abtastanzahl oder -zeit, d. h. des obigen Parameters k, hinzugefügt werden, um diese Umstände besser von einem das Auslösen des Airbags erfordernden Aufprall unterscheiden zu können.
Die sich ergebenden ersten und zweiten Basisvektorwerte werden in einem Signalraumdiskriminator verwendet, um zwischen Beschleunigungsdaten, die ein Auslösen des Airbags anzeigen, und Beschleunigungsdaten, die anzeigen, daß ein Auslösen des Airbags entweder nicht erforderlich oder unerwünscht ist, zu unterscheiden. Unter Bezug auf Fig. 3 ist dargestellt, daß der Aufprall in einem Signalraum seinen auf die Zeit bezogenen Winkel ändert. Wenn "Erkennungsvektoren" unter bestimmten Winkeln angeordnet sind, kann der Grad an Gleichheit zwischen dem sich verändernden Signalvektor und jedem der Erkennungsvek toren durch Verwendung ihres Skalarprodukts ermittelt werden. Wenn der Signalvektor einen niedrigen Gleichstromwert und einen hohen Anstiegswert hat, wird ein Erkennungsvektor nahe 90º ein großes Skalarprodukt erzeugen. Ein größerer Gleichstromwert kombiniert mit einem größeren Anstiegswert, wie er während eines Hochgeschwindigkeitsaufpralls erzeugt werden kann, wird in gleicher Weise ein großes Skalarprodukt erzeugen. Somit erlaubt eine Analyse der Skalarprodukte des Signalvektors und verschiedener Erkennungsvektoren eine Unterscheidung von Aufprallen.
Der Signalraumdiskriminator umfaßt bevorzugt einen Integrator, um die Zeitvariable einzubeziehen: Obwohl sowohl ein Hochgeschwindigkeitsaufprall als auch ein (Niederfrequenz)-Rauschen einer unebenen Straße einen geringen Gleichstromwert und einen hohen Anstiegswert haben, wird der Signalvektor für das Rauschen nicht sehr lange einen hohen Anstiegswert beibehalten. Somit ermöglicht ein Integrieren der Skalarprodukte über die Zeit eine weitere Unterscheidung zwischen Niederfrequenzrauschen und einem ein Auslösen des Airbags erfordernden tatsächlichen Fahrzeugaufprall. Bevorzugt speichert ein Akkumulator die Summe der Skalarprodukte des Signalvektors mit jedem Erkennungsvektor. Jede Summe wird dann mit ihrer entsprechenden zeitunveränderlichen Schwelle verglichen, die jeweils auf ein unterschiedliches Aufprallprofil zugeschnitten ist, je nach dem speziellen Fahrzeug und der Anordnung des Beschleunigungssensors innerhalb des Fahrzeugs. Wenn eine gegebene Schwelle überschritten wird, gibt der Signalraumvektor ein Auslösesignal aus, um den Airbag auszulösen. Daher zündet der Signalraumdiskriminator den Airbag, wenn er ermittelt, daß das Fahrzeug einen Aufprall ausreichender Größe erfährt, um ein Auslösen des Airbags zu erfordern.
Idealerweise enthält der Akkumulator, wenn ein Erkennungsvektor bezüglich des in Fig. 3 dargestellten Schaubildes unter 90º angeordnet ist, einen Wert von Null, wenn ein Datensatz ermittelt wird, der bei Null beginnt und zu Null zurückkehrt. Dies ist jedoch aufgrund der Quantifiziereffekte und der Verwendung des natürlichen Logarithmus unwahrscheinlich, und jeder andere Erkennungsvektor im ersten Quadranten wird wahrscheinlich einige positive Werte haben, nachdem die Daten zu Null zurückgekehrt sind. Demgemäß wird vorzugsweise von jedem Skalarprodukt vor dem Akkumulieren ein konstanter Wert oder "Skalenfaktor" abgezogen, wodurch für kleine Werte negative Skalarprodukte erzeugt werden, um so die Skalarproduktsumme mit der Zeit zu verringern. Somit beginnt, bei dem obigen Beispiel, der Akkumulator seinen Wert zu verlieren, weil neue Null-g- Abtastungen erhalten werden, wenn das Skalarprodukt zu Null zurückkehrt. Der Akkumulator darf jedoch nicht unter Null fallen.
Die Erkennungsvektoren müssen so ausgewählt werden, daß für jeden unterschiedlichen Aufpralltyp die gewünschten Zündzeiten erzeugt werden. Beispielsweise ist ein Erkennungsvektor mit einem großen Winkel zum Erkennen der Hochgeschwindigkeitsaufpralle bevorzugt, die ein frühes Auslösen des Airbags erfordern. Pfosten- und Offset-Aufpralle werden bevorzugt unter Verwendung von Erkennungsvektoren mit einem mittleren Winkel erkannt. Niedergeschwindigkeitsaufpralle werden bevorzugt unter Verwendung von Erkennungsvektoren mit kleinen Winkeln erkannt. Die genaue Anzahl der mit dem Signalraumdiskriminator zu verwendenden Erkennungsvektoren, der von jedem Skalarprodukt vor dessen Akkumulierung zu subtrahierende Skalenfaktor, und die Schwellenwerte sind von der Fahrzeugstruktur und der Anordnung des Beschleunigungssensors innerhalb des Fahrzeugs abhängig.
In Fig. 4 ist ein beispielhaftes erfindungsgemäß konstruiertes System 30 allgemein beschrieben. Ein Beschleunigungssensor 32 erzeugt ein eine momentane Fahrzeugbeschleunigung darstellendes Analogsignal. Das Analogsignal, das vorzugsweise in g's gemessen wird, wird zu einem Strom digitaler Beschleunigungsdaten umgewandelt und dann Log-Berechnungseinrichtungen zugeführt, wie durch den Block 34 dargestellt, wobei der natürliche Log- Wert der Beschleunigungsdaten erhalten wird. Wie obenstehend beschrieben, wird die Autokorrelation der sich ergebenden Logalerte der Beschleunigungsdaten im Autokorrelationsblock 36 ermittelt. Die sich ergebende Log-Korrelation wird im Abgleichfilter 38 abgleichgefiltert, um die für die Aufprallerkennung relevanten Basiswerte zu erhalten. Die relevanten Basiswerte werden auf einen Signalraumdiskriminator 40 angewandt, der zum Auslösen des Airbags ein Auslösesignal 41 erzeugt, wenn der den relevanten Basiswerten entsprechende Signalraumwert einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
Das beispielhafte System 30 gemäß Fig. 4 wird in Fig. 5 detaillierter beschrieben. Insbesondere wird das durch den Beschleunigungssensor 32 erzeugte Analogausgangssignal 42 zuerst am Verstärker 44 verstärkt, bevor es einem Analog- Digital-Konverter 46 eingegeben wird, wo das verstärkte Analogsignal 48 in digitale Beschleunigungsdaten 50 umgewandelt wird. Jedes Signal 42 das kleiner als 1 g ist wird durch den Verstärker 44 abgeschnitten, d. h. erhält einen Wert von 1 g. Anders ausgedrückt, wird das Signal 42 abhängig von seiner Stärke mit einem unterschiedlichen Wert multipliziert, womit der Verfahrensschritt dem Originalsignal ein "vervielfachendes Rauschen" hinzufügt. Zusätzlich kann im originalen analogen Ausgangssignal 42 des Sensors aufgrund des Aufpralls ein vervielfachendes Rauschen vorhanden sein, d. h. die Wucht des Aufpralls kann bewirken, daß der sich ergebende Sensorausgang, aufgrund der Fahrzeug-Konstruktion, der Aufprallart und einer unebenen Straße durch Rauschterme vervielfacht wird.
Um vervielfachendes Hochfrequenzrauschen vom typischen niederfrequenten Aufprallsignal zu trennen, werden die durch den Analog-Digital-Konverter 46 ausgegebenen Beschleunigungsdaten 50 verwendet, um eine ROM-Nachschlagetabelle 52 anzusprechen, die den jedem digitalen Beschleunigungswert 50 zugeordneten natürlichen Log-Wert enthält. Da der Log eines Niederfrequenzsignals seinen Niederfrequenzanteil beibehält und der Log eines Hochfrequenzsignals seinen Hochfrequenzanteil beibehält, kann vervielfachendes Hochfrequenzrauschen mittels eines Tiefpaßfilters vom Aufprallsignal getrennt werden. Dennoch sind zusätzliche Schritte zum Trennen eines vervielfachenden Niederfrequenzrauschens vom niederfrequenten Aufprallsignal erforderlich.
Somit werden die durch den ROM 52 bereitgestellten natürlichen Log-Werte 54 der Beschleunigungsdaten 50 zum Ermitteln einer Log-Korrelation der Beschleunigungsdaten 50 an den allgemein durch das Bezugszeichen 36 bezeichneten Autokorrelationseinrichtungen verwendet.
Um die Autokorrelationsfunktion für die Zeitabtastung n zu berechnen, wird deren Null-Verzugswert errechnet, indem die multiplizierten Paare der Abtastungen um die Abtastung n, von der Abtastung n-N zur Abtastung n+N, addiert werden. Die Autokorrelation der Beschleunigungsdaten 50 wird unter Verwendung eines Verzugs von bis zu ±N vorgenommen.
Die anschließende Neigungstransformation, die in der vorliegenden Ausführungsform auch als eine Abgleichfilterfunktion bezeichnet werden kann, ist allgemein durch Bezugszeichen 38 bezeichnet. Die Neigungstransformation, oder der Abgleichfilter, transformieren die Log-Korrelation der Beschleunigungsdaten in einen Signalraumwert, der einem allgemein durch das Bezugszeichen 40 bezeichneten Signalraumdiskriminator eingegeben werden kann. Insbesondere werden die Log-Werte 54 der am ROM 52 ausgegebenen Beschleunigungsdaten 50 einem RAM 56 eingegeben, der sie dann Multiplexem 58 zuführt. Die Multiplexer 58 wiederum geben Werte 60 aus, die im RAM 62 gespeichert und einem Akkumulator 64 und einem Multiplexer 66 eingegeben werden. Der Akkumulator 64 gibt den ersten relevanten Basiswert 68 aus, während der Multiplexer 66 den zweiten relevanten Basiswert 70 ausgibt, wie es obenstehend beschrieben ist.
Die ersten und zweiten Basisvektorwerte 68 und 70 werden einem 2-mal-1-Multiplexer 72 eingegeben, wo die zwei Werte 68 und 70 mit einer Mehrzahl gespeicherter, durch ein ROM 76 bereitgestellter Erkennungsvektorwerte 64 multipliziert werden. Die sich ergebenden Produkte 78 werden dann in einem Mehrfachakkumulator 84 mit ihrem entsprechenden (negativen) Skalenfaktor 80 aus einem ROM 82 summiert, wobei die Summe 86 danach in einem RAM 88 gespeichert wird. Die im RAM 88 gespeicherte Summe wird dann in einem Block 90 mit einem vorbestimmten Schwellen wert verglichen, um zu ermitteln, ob ein Entfalten des Airbags ausgelöst werden soll. Wenn die Schwelle überschritten wird, gibt der Block 90 ein Auslösesignal 41 aus, um das Entfalten des Airbags auszulösen.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbart wurde, es versteht sich, daß die Erfindung Modifikationen zuläßt, ohne den Bereich der anhängenden Ansprüche zu verlassen. Beispielsweise kann der Signalraumdiskriminator ein neuronales Netzwerk umfassen.

Claims

1. System zum Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit:

- einem im Fahrzeug befestigten Sensor (32) zum Erzeugen eines eine momentane Fahrzeugbeschleunigung darstellenden Analogsignals (42); und

- Einrichtungen (46) zum Konvertieren des Analogsignals in digitale Beschleunigungsdaten; gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (38) zum Umwandeln der Beschleunigungsdaten in einen Signalraumvektor; und

- eine Signalraum-Diskriminatoreinrichtung (40), die zum Auslösen der Sicherheitsvorrichtung auf den Signalraumvektor anspricht, wenn ein vom Signalraumvektor errechneter Wert einen dafür vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (38) zum Umwandeln der Beschleunigungsdaten in einen Signalraumvektor umfaßt:

- eine Einrichtung (34) zum Erhalten von Logarithmuswerten der Beschleunigungsdaten; und

- eine Einrichtung (36) zum Ermitteln einer Autokorrelation der Logarithmuswerte der Beschleunigungsdaten.

3. System nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung (34) zum Erhalten der Logarithmuswerte eine ROM-Nachschlagetabelle umfaßt.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Einrichtung (36) zum Ermitteln der Autokorrelation eine Summierung (56, 58, 60, 62) umfaßt, die von einem aktuellen Abtastzeitpunkt und Zeitverzug abhängig ist.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zum Umwandeln der Beschleunigungsdaten in einen Signalraumvektor Einrichtungen (64, 68) zum Errechnen von ersten und zweiten Basisvektorwerten aus der Autokorrelation der Logarithmuswerte umfaßt.

6. System nach Anspruch 5, bei dem der erste Basisvektorwert ein Gleichstromvektorwert ist.

7. System nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der zweite Basisvektorwert ein von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verlaufender ansteigender Vektorwert ist.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zum Umwandeln der Beschleunigungsdaten in den Signalraumwert einen Abgleichfilter (64, 68) umfaßt.

9. Verfahren zum Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit den Schritten:

- Erhalten eines eine momentane Fahrzeugbeschleunigung repräsentierenden Analogsignals von einem im Fahrzeug befestigten Sensor; und

- Konvertieren des Analogsignals in digitale Beschleunigungsdaten; gekennzeichnet durch

- Umwandeln der Digitaldaten in einen Signalraumvektor; und

- Auslösen der Sicherheitsvorrichtung, wenn ein vom Signalraumvektor errechneter Wert einen dafür vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Umwandelns der Digitaldaten in einen Signalraumvektor die Schritte umfaßt

- Erhalten von Logarithmuswerten der digitalen Beschleunigungsdaten; und

- Ermitteln einer Autokorrelation der Logarithmuswerte unter Verwendung eines Zeitverzugs.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Signalraumvektor teilweise durch einen Gleichstrom-Vektorwert der Digitaldaten definiert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem der Signalraumvektor teilweise durch einen von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verlaufenden ansteigenden Vektorwert der Digitaldaten definiert ist.

13. Verfahren nach Anspruch 10, mit den weiteren Schritten:

- Errechnen erster und zweiter Basisvektorwerte aus der Logaritmusautokorrelation;

- Erhalten eines Signalraumvektors aus zwei Paaren von ersten und zweiten Basisvektorwerten;

- Erhalten eines Erkennungsvektors, der bestimmten Aufprallprofilen entspricht;

- Errechnen des Wertes des Skalarprodukts des Signalraumvektors mit dem Erkennungsvektor;

- Integrieren aufeinanderfolgender Werte des Skalarprodukts des Signalraumvektors mit dem Erkennungsvektor;

- Vergleichen jedes integrierten Skalarprodukts mit einem Schwellenwert; und

- Auslösen der Sicherheitsvorrichtung, wenn das integrierte Skalarprodukt den Schwellenwert übersteigt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der erste Basisvektorwert ein Gleichstromvektorwert ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der zweite Basisvektorwert ein von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verlaufender ansteigender Vektorwert ist.

16. Verfahren nach einen den Ansprüche 10 bis 15, bei dem der Schritt des Ermittelns der Autokorrelation eine Summierung umfaßt, die von dem aktuellen Abtastzeitpunkt und Zeitverzug abhängig ist.

17. Verfahren nach einen den Ansprüche 9 bis 16, umfassend den Schritt des Abschneidens des Analogsignals.