DE102005058924B4

DE102005058924B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer irreversiblen Sicherheitseinrichtung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005058924B4
Application number: DE102005058924.3A
Authority: DE
Inventors: Timur Ünlü
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2025-12-10
Also published as: DE102005058924A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung wenigstens einer irreversiblen Sicherheitseinrichtung (18, 20) in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung unter Einbeziehung von Daten wenigstens einer reversiblen Sicherheitseinrichtung (10) erfolgt, und wobei ein Auslösealgorithmus für die irreversible Sicherheitseinrichtung (18, 20) vorgesehen ist, in den die Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung (10) einfließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung (10) zeitunabhängig erfasst werden, und dass die Entscheidung über die Auslösung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung (18, 20) mit Hilfe eines Algorithmus getroffen wird, der einen Frontalaufprall erkennt und die berechnete Beschleunigung des Fahrzeuginsassen (14) einbezieht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens einer irreversiblen Sicherheitseinrichtung in einem Kraftfahrzeug.
Kraftfahrzeuge sind heutzutage mit verschiedenartigen Sicherheitseinrichtungen ausgestattet. Die Sicherheitseinrichtungen lassen sich in irreversible Systeme, die nach einmaligem Auslösen nicht wieder funktionsfähig sind, und reversible Systeme unterteilen, die nach Beendigung einer Gefahrensituation wieder in einen Ausgangszustand zurückversetzt werden können. Zu den irreversiblen Sicherheitseinrichtungen zählen z. B. Airbagsysteme oder pyrotechnische Gurtstraffer. Eine reversible Sicherheitseinrichtung kann z. B. ein Sicherheitsgurtsystem mit einem elektrischen Gurtaufroller sein, der über eine Vorstraffunktion verfügt.
Aus der gattungsgemäßen DE 103 46 625 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung wenigstens einer irreversiblen Sicherheitseinrichtung in einem Kraftjahrzeug bekannt, wobei die Steuerung unter Einbeziehung von Daten wenigstens einer reversiblen Sicherheitseinrichtung erfolgt. Dabei erfolgt die Bestimmung der Insassenposition in Abhängigkeit von der Zeit.
Die ebenfalls gattungsgemäße DE 103 45 726 A1 gibt keinen Hinweis, wie die Entscheidung zur Auslösung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung getroffen wird.
Die WO 01/17825 A1 zeigt eine Steuerung, die abhängig von einer Vielzahl verschiedener Sensorsignale (unter anderem bezüglich Präsenz, Gewicht und Position von Fahrzeuginsassen sowie Pre-Crash- und Unfallschwere-Signale) mehrere Ausgangssignale zur Ansteuerung verschiedener Sicherheitseinrichtungen (Gurtvorstraffer, Gurtaufroller, Airbag) bereitstellt. Kernstück der Steuerung ist eine Fuzzy-Logik, die anhand eines vorgegebenen Algorithmus für eine optimierte Ansteuerung der einzelnen Sicherheitseinrichtungen sorgt.
Eine ähnliche Steuerung ist aus der GB 2 308 842 A bekannt. Ein Steuermodul arbeitet abhängig von zwei Datensätzen einen sogenannten Aktivierungsplan für eine situationsabhängige Ansteuerung verschiedener Sicherheitseinrichtungen aus. Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Datensatz Daten bezüglich des detektierten Aufpralls (Aufprallort, -winkel, Masse des Aufprallobjekts und Aufprallschwere) und der zweite Datensatz Daten bezüglich des detektierten Aufprallobjekts (z. B. dessen relative Geschwindigkeit vor dem Aufprall) enthalten. Die Auswertung erfolgt unter gegenseitiger Berücksichtigung der Datensätze.
Auch die WO 2004/085220 A1 betrifft eine optimierte Ansteuerung aktiver und passiver Sicherheitseinrichtungen auf der Grundlage zahlreicher Sensordaten und deren Auswertung in einem sogenannten Gefahrenrechner.
Schließlich zeigen auch die EP 0 904 982 A2 und die EP 1 488 960 A1 Steuerungen, bei denen Daten bezüglich der Unfallschwere bzw. der Art des Zusammenstoßes bei der Ansteuerung von Sicherheitseinrichtungen einbezogen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kriterien für die Auslösung irreversibler Sicherheitseinrichtungen in einem Kraftfahrzeug zu verbessern.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art erreicht, bei dem die Steuerung wenigstens einer irreversiblen Sicherheitseinrichtung unter Einbeziehung von Daten wenigstens einer reversiblen Sicherheitseinrichtung erfolgt, wobei die Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung zeitunabhängig erfasst werden, und die Entscheidung über die Auslösung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung mit Hilfe eines Algorithmus getroffen wird, der einen Frontalaufprall erkennt und die berechnete Beschleunigung des Fahrzeuginsassen einbezieht. Bislang ist es lediglich bekannt, mittels geeigneter Sensoren kritische Fahrsituationen oder die Schwere eines Aufpralls zu erkennen und dementsprechend reversible bzw. irreversible Schutzmaßnahmen einzuleiten. Der Grundgedanke der Erfindung besteht jedoch darin, bestimmte Daten einer im Fahrzeug vorhandenen reversiblen Sicherheitseinrichtung auszuwerten und in die Steuerung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung einfließen zu lassen. Diese Daten können anstelle von oder zusätzlich zu anderen Fahrzeugsensordaten verwendet werden. Dadurch ist eine Erweiterung der Kriterien für die Steuerung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung für einen optimalen Schutz der Fahrzeuginsassen möglich.
Für die Aktivierung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung ist dabei ein Auslösealgorithmus vorgesehen, in den die Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung einfließen.
Dieser Auslösealgorithmus bestimmt im Auslösefall auch die Art der Ansteuerung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung. So kann unter Einbeziehung der Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung z. B. eine situationsbedingte optimale Härte eines Airbags festgelegt werden, wobei der Auslösealgorithmus eine entsprechende Ansteuerung der reversiblen Sicherheitseinrichtung vornimmt, z. B. durch Zünden nur bestimmter Stufen eines Gasgenerators oder durch gezielte Freigabe von Abströmöffnungen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die reversible Sicherheitseinrichtung ein Sicherheitsgurtsystem, insbesondere mit einem elektrischen Gurtaufroller. In diesem Fall betreffen die Daten, die in die Steuerung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung einbezogen werden, vorzugsweise den Gurtbandauszug, insbesondere die Gurtbandauszugslänge, -geschwindigkeit und/oder -beschleunigung.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 verschiedene Sicherheitskomponenten in einem Kraftfahrzeug;
2 einen Auslösealgorithmus für eine irreversible Sicherheitseinrichtung;
3a bis 3c grundlegende Diagramme für einen Insassenbewegungs-Algorithmus;
4a, 4b grundlegende Diagramme für einen Pre-Crash-Algorithmus; und
5a, 5b grundlegende Diagramme für einen Aufprallbestimmungs-Algorithmus.
In 1 sind schematisch verschiedene Komponenten reversibler und irreversibler Sicherheitseinrichtungen in einem Fahrzeug dargestellt. Ein Sicherheitsgurtsystem des Fahrzeugs umfaßt eine aktive Gurtaufrollersteuerung 10 mit Sensoren zur Bestimmung der Gurtspannung und -länge. Das Sicherheitsgurtsystem ist ferner in der Lage, sowohl eine reversible als auch eine irreversible pyrotechnische Straffung des Sicherheitsgurts vorzunehmen.
Ein Sitzpositionssensor 12 erkennt die Anwesenheit und die Sitzposition eines Fahrzeuginsassen 14. Eine bewegliche und steuerbare Lenkung ist mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Das Fahrzeug ist ferner mit einem aufblasbaren Airbag 18 einstellbarer Härte sowie aktiven Kopfstützen 20 ausgerüstet. Als elektronische Komponenten sind unter anderem eine Insassenklassifikationseinheit 22, eine Einheit zur Aufprallbestimmung 24 sowie weitere elektronische Einheiten 26 vorgesehen.
In 2 ist ein weitgehend selbsterklärender Auslösealgorithmus für eine irreversible Sicherheitseinrichtung in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Neben den Ergebnissen eines Pre-Crash-Algorithmus und eines Aufprallerkennungs-Algorithmus fließen auch Daten einer reversiblen Sicherheitseinrichtung des Fahrzeugs, genauer gesagt des Sicherheitsgurtsystems, in den Auslösealgorithmus ein. Diese Daten werden in einem sogenannten Insassenbewegungs-Algorithmus verarbeitet. Insgesamt ergibt sich somit eine modulare Kombination des Insassenbewegungs-Algorithmus, des Pre-Crash-Algorithmus und des Aufprallerkennungsalgorithmus.
Der Insassenbewegungsalgorithmus dient selbstverständlich auch als Grundlage für die Steuerung des Sicherheitsgurtsystems mit dem elektrischen Gurtaufroller und dem pyrotechnischen Gurtstraffer. Die Entscheidung darüber, ob der Fahrzeuginsasse 14 durch den Sicherheitsgurt zurückgezogen wird, erfolgt auf der Grundlage von Sensordaten und/oder Messungen des Sicherheitsgurtsystems, wie anhand der 3a bis 3c nachfolgend erläutert wird.
Der in 3c gezeigte Signalverlauf 28 ergibt sich aus der relativen Vorverlagerung x des Fahrzeuginsassen 14 (oder des Gurts) und der Gurtbandauszugsgeschwindigkeit V_Gurt. Die Insassenverlagerung x wird mit Hilfe des Sitzpositionssensors 12 und/oder mit Hilfe der aktiven Gurtaufrollersteuerung 10 des Sicherheitsgurtsystems gemessen. Die Gurtbandauszugsgeschwindigkeit V_Gurt wird ebenfalls mit Hilfe der aktiven Gurtaufrollersteuerung 10 (z. B. auf Grundlage der Daten eines Sensors zur Ermittlung der Gurtbandauszugslänge) bestimmt. Wenn das Signal eine bestimmte, durch vorherige Kalibration festgelegte Schwelle (Grenzwertkurve) TB überschreitet, wird als reversible Sicherheitsmaßnahme die Gurtspannung erhöht, um eine weitere Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen 14 zu verhindern. Mit anderen Worten, die Rückhaltekraft des Gurts wird dynamisch auf der Grundlage zeitunabhängiger Messungen angepaßt, um eine Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen 14 zu verhindern.
Der Signalverlauf 28 der 3c gehorcht der Gleichung k_Gurtx + α_Gurtẋ = m₀ẍ, wobei k_Gurt die Federkonstante des aktiven Gurtaufrollers, α_Gurt der Reibungskoeffizient, m₀ die Masse des Fahrzeuginsassen und x die Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen 14 ist. Die Bestimmung der Masse des Fahrzeuginsassen m₀ erfolgt mit Hilfe der Insassenklassifikationseinheit 22. Im Normalfall sind entweder die Federkonstante k_Gurt oder der Reibungskoeffizient α oder beide Werte so einstellbar, daß der Signalverlauf 28 in den Phasenraum eingegrenzt ist, der durch die Grenzwertkurve TB vorgegeben ist. Es ist zu beachten, daß die Grenzwertkurve TB zeitunabhängig ist, d. h. der Insassenbewegungs-Algorithmus ist quasi-zeitunabhängig.
Eine übermäßig hohe Gurtrückhaltekraft sollte vermieden werden. Die Gurtspannung wird gemäß 3b als Funktion der Verlagerung x des Fahrzeuginsassen 14 (oder des Gurts) gemessen. Wenn das Signal 30 eine vorher kalibrierte Schwelle TT überschreitet, wird die Federkonstante k_Gurt verringert, um so die auf den Fahrzeuginsassen ausgeübte Gurtrückhaltekraft zu begrenzen.
Die vom Gurt aufgenommene Energie E_gurt als Funktion der Vorverlagerung x ist in dem Diagramm der 3a dargestellt und berechnet sich zu E_Gurt = 1 / 2k_Gurtx², was genau der dem Insassen entzogenen kinetischen Energie E_kin = 1 / 2m₀ẋ² entspricht.
Abhängig von den ermittelten Werten können nachfolgend eingeleitete Sicherheitsmaßnahmen optimal angepaßt werden, um den Fahrzeuginsassen 14 bestmöglich zu schützen. Als Beispiel sei die Aktivierung eines Airbagsystems genannt, bei der die Härte des aufgeblasenen Airbags 18 entsprechend der Position und der kinetischen Energie des Fahrzeuginsassen 14 eingestellt wird.
Die Entscheidung, ob irreversible Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sind, wird mit Hilfe der in 3c dargestellten Kriterien getroffen. Falls der Signalverlauf 28 den Bereich CF (confinement) verläßt, ist es ohne übermäßige Gurtspannung nicht mehr möglich, den Fahrzeuginsassen 14 vor einem Auftreffen auf die Instrumententafel oder das Lenkrad zu bewahren. Deshalb wird ein Auslösesignal ausgegeben, um das Airbagsystem zu aktivieren und dadurch ein zusätzliches Rückhaltemittel zur Verfügung zu stellen. Die Härte des Airbags 18 bestimmt sich, wie oben erläutert, insbesondere aus der kinetischen Energie des Fahrzeuginsassen 14.
Zusammengefaßt sind zwei Aspekte wesentlich für den Schutz des Fahrzeuginsassen 14. Zum einen wird eine reversible Sicherheitseinrichtung (das Sicherheitsgurtsystem) zeitunabhängig in herkömmlicher Weise gesteuert. Zum anderen werden die zeitunabhängig aus der reversiblen Sicherheitseinrichtung verfügbaren Daten dazu genutzt, ggf. eine irreversible Sicherheitseinrichtung geeignet anzusteuern.
Wie in 2 gezeigt, fließen auch Ergebnisse eines Pre-Crash-Algorithmus und eines Aufprallerkennungs-Algorithmus in den Auslösealgorithmus ein. Bestimmte Sensoren (Kurz-/Langstreckenradar, Ultraschall, etc.) können Informationen über die Umgebung liefern, die für eine Pre-Crash-Analyse von Bedeutung sind. Diagramme zur Unterscheidung verschiedener Aufprallarten sind in den 4a und 4b gezeigt.
4a zeigt ein Modell zur Klassifizierung der Aufprallposition eines Objekts auf dem Fahrzeug, wie sie z. B. mit Hilfe von Positionssensoren bestimmbar ist, die an der vorderen oder der hinteren Stoßstange des Fahrzeugs angebracht sind. Y_Aufprall ist repräsentativ für die Position des Aufpralls auf dem Fahrzeug. Y_Objekt ist repräsentativ für die Position des Hindernisses (z. B. Abstand des Schwerpunkts des Hindernisses von der Stoßstangenmitte). Die Aufprallarten werden mit Hilfe einer Matrix CT klassifiziert.
Gemäß 4b werden Objekte mittels optischer, Radar-Lidar- oder Ultraschallsignale klassifiziert. Außerdem wird der Abstand des Objekts und die Annäherungsgeschwindigkeit des Hindernisses mit geeigneten Sensoren ermittelt. Abhängig von der Pre-Crash-Situation, die wiederum mittels einer Matrix PC oder kontinuierlich klassifiziert wird, werden geeignete Schwellen (Grenzwertkurven) festgelegt, wie nachfolgend erläutert wird.
Die Entscheidung über die Auslösung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung wird mit Hilfe eines Algorithmus getroffen, der einen Frontalaufprall erkennt. Die Beschleunigung a des Fahrzeuginsassen 14 wird anhand der durch die Verzögerung des Fahrzeugschwerpunkts und/oder die Deformation der Fahrzeugstruktur verursachte Aufprallreaktion berechnet. Die Insassenbewegung aufgrund der Fahrzeugverzögerung kann durch das Modell eines harmonischen Oszillators mit folgender Differentialgleichung beschrieben werden: ẍ + 2aẋ + ω₀ ²x = –a(t).
Der Phasenraum des harmonischen Oszillatormodells ist in 5a gezeigt. Die Schwellen (Grenzwertkurven) TF für Frontalaufprälle, die im Quadranten QI mit (1) bis (5) bezeichnet sind, werden gemäß den Pre-Crash-Informationen oder der kinetischen Energie E_kin des Fahrzeuginsassen 14 ausgewählt. Das gleiche Prinzip gilt bei Heckaufprällen für die Schwellen TR, die im Quadranten QII dargestellt sind.
Eine alternative Möglichkeit der Aufprallerkennung besteht darin, die Geschwindigkeit ẋ und Verlagerung x des Fahrzeuginsassen 14 unabhängig zu verfolgen, z. B. mit den Sensoren des Sicherheitsgurtsystems und/oder der Insassenklassifizierungseinheit 22. In diesem Fall können die Schwellen TF/TR gemäß den Pre-Crash-Informationen ausgewählt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung wenigstens einer irreversiblen Sicherheitseinrichtung (18, 20) in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung unter Einbeziehung von Daten wenigstens einer reversiblen Sicherheitseinrichtung (10) erfolgt, und wobei ein Auslösealgorithmus für die irreversible Sicherheitseinrichtung (18, 20) vorgesehen ist, in den die Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung (10) einfließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung (10) zeitunabhängig erfasst werden, und dass die Entscheidung über die Auslösung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung (18, 20) mit Hilfe eines Algorithmus getroffen wird, der einen Frontalaufprall erkennt und die berechnete Beschleunigung des Fahrzeuginsassen (14) einbezieht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösealgorithmus im Auslösefall auch die Art der Ansteuerung der irreversiblen Sicherheitseinrichtung (18, 20) bestimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die irreversible Sicherheitseinrichtung ein Airbagsystem (18) oder ein Gurtstraffer ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reversible Sicherheitseinrichtung ein Sicherheitsgurtsystem (10) mit einem elektrischen Gurtaufroller ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der reversiblen Sicherheitseinrichtung den Gurtbandauszug betreffen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auslösealgorithmus Daten betreffend die Vorverlagerung eines Fahrzeuginsassen einfließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auslösealgorithmus Daten eines Fahrzeuginsassen (14) einfließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auslösealgorithmus Ergebnisse eines Pre-Crash-Algorithmus einfließen, wobei die Ergebnisse die Fahrsituation, die Aufprallwahrscheinlichkeit, die Klassifizierung eines Aufprallobjekts und/oder die Interaktion des Fahrers betreffen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auslösealgorithmus Ergebnisse eines Aufprallerkennungs-Algorithmus einfließen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch wenigstens eine der folgenden Komponenten: – Sicherheitsgurtsystem (10) mit elektrischem Gurtaufroller, Gurtspannungs- und Gurtbandauszugslängensensor sowie reversiblem und pyrotechnischem Gurtstraffer, – Sitzpositionssensor (12), – bewegliche und steuerbare Lenkung (16), – aufblasbarer, adaptiver Airbag (18), – aktive Kopfstütze (20), – Insassenklassifikationseinheit (22), – Aufprallerkennungseinheit (24).