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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 7 ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 8 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9.
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Im Bereich der Fahrzeugtechnik, insbesondere bei der Crashabsorption (d.h. der Absorption der kinetischen Energie eines Objektes, das bei einem Unfall auf das Fahrzeug aufprallt) sind Crashabsorber (z.B. Crashboxen oder Pralldämpfer) bekannt, die eine definierte Steifigkeit haben. Beispielsweise werden derartige Boxen heute hauptsächlich eingesetzt, um Anforderungen von AZT-Crashs zu erfüllen. Durch diese definierten Strukturen mit vergleichsweise niedriger Steifigkeit werden dahinterliegende Bauteile bei sehr leichten Crashs entlastet und müssen nicht aufwändig repariert werden. Als Crash wird dabei in der vorliegenden Beschreibung ein Verkehrsunfall mit einem Fahrzeug und einem Objekt bezeichnet, das ebenfalls ein Fahrzeug oder eine Person sein kann. Ebenso sind adaptive Crashboxen bekannt, die auf Basis einer Umfeldsensorik oder einer PreCrash-Sensorik ihre Steifigkeit situationsbedingt ändern können, wie sie beispielsweise in der
DE 19745651 C2 beschrieben ist. In dieser Druckschrift ist ein irreversibler Pralldämpfer mit Sperrteilen offenbart, der mindestens zwei Schaltstellungen aufweist.
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Aufgrund der Tatsache, dass das Thema „Kompatibilität“ Einzug in den EuroN-CAP-Verbraucherschutz findet, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für den Einsatz adaptiver Frontstrukturen oder Crashboxen in der Praxis.
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Bekannt ist ferner die Verwendung von Umfeldsensoren (z.B. Radarsensoren), um das Auslöseverhalten der Rückhaltesysteme durch schon vor dem Crash ermittelte Informationen zu verbessern.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2009 000 112 A1 ist ein Deformationselement zur Energieabsorption bei einer Fahrzeugkollision bekannt, das einen Behälter mit mindestens einer Öffnung aufweist, wobei der Behälter zur Energieabsorption deformiert werden kann. Ferner weist das Deformationselement einen in dem Behälter angeordnetes Medium auf, das ausgebildet ist, um bei einer Deformation des Behälters durch die mindestens eine Öffnung auszuströmen und eine Modulationseinrichtung (
320), die ausgebildet ist, um abhängig von einem Einstellsignal ein Ausströmen des Mediums durch die mindestens eine Öffnung zu steuern.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und schließlich eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Anpassung der Steifigkeit eines irreversiblen Pralldämpfers eines Fahrzeugs nach einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug, wobei der irreversible Pralldämpfer zur Absorption einer Aufprallenergie eines Objektes auf das Fahrzeug ausgebildet ist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Erhalten eines Voraussensorsignals, das eine Information über das Objekt vor einem Aufprall des Objektes auf das Fahrzeug repräsentiert;
- - Empfangen eines Pralldämpfersignals, das eine Abstandsänderung oder relative Geschwindigkeit oder Beschleunigung oder Kraft von Komponenten des Pralldämpfers des Fahrzeugs zueinander repräsentiert; und
- - Reversibles Ansteuern einer Steifigkeitsveränderung des irreversiblen Pralldämpfers (irreversible Deformation), ansprechend auf das empfangene Pralldämpfersignal und das erhaltene Voraussensorsignal, um durch die angesteuerte Steifigkeitsveränderung die Steifigkeit des irreversiblen Pralldämpfers nach dem Aufprall des Objektes auf das Fahrzeug anzupassen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine verbesserte Absorption von Energie nach einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug durch eine gesteuerte Veränderung der Steifheit eines Pralldämpfers (auch Crashbox genannt) realisiert werden kann. Dabei kann einerseits eine Information über ein Objekt vor dem Aufprall auf das Fahrzeug ausgenutzt werden, die beispielsweise eine Information über eine Größe, eine Art und/oder einen Abstand und/oder eine Abstandsänderung des Objektes zum Fahrzeug repräsentiert. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Änderung der Steifheit des Pralldämpfers lediglich in Situationen erfolgt, in denen auch tatsächlich eine Gefahr eines Aufschlags des Objektes auf das Fahrzeug gegeben ist. Beispielsweise kann aus der Information über die Größe und/oder die Form des Objektes geschlossen werden, ob es sich um einen entgegenkommendes Fahrzeug oder eine Person vor dem eigenen Fahrzeug handelt, so dass unterschiedliche Einstellungen der Steifheit des Pralldämpfers möglich sind. Beispielsweise kann eine geringe Steifheit des Pralldämpfers gewählt werden, wenn es sich bei dem Objekt vor dem Fahrzeug um eine Person handelt, die von dem Fahrzeug bei einem Unfall erfasst wird. In diesem Fall kann durch die geringe Steifheit des Pralldämpfers eine zusätzliche Sicherheitsfunktionalität zum Fußgängerschutz realisiert werden. Wird dagegen ein entgegenkommendes Fahrzeug, eventuell mit einer hohen Relativgeschwindigkeit erkannt, kann durch die Einstellung einer hohen Steifheit eine hohe Absorption von Aufprallenergie durch den Pralldämpfer sichergestellt werden, so dass sich eine geringere Verletzungsgefahr für Insassen des (eigenen) Fahrzeugs ergibt. Die tatsächliche Ansteuerung der Steifheitsänderung des Pralldämpfers soll jedoch nur dann erfolgen, wenn tatsächlich ein Anfangszustand einer Verformung des Pralldämpfers erkannt wird. In diesem Fall kann nämlich sichergestellt werden, dass das im Voraussensorsignal erkannte Objekt auch tatsächlich auf das Fahrzeug aufgeprallt ist, so dass durch eine Änderung der Steifheit des Pralldämpfers eine zusätzliche Verbesserung der Fahrzeugsicherheit ermöglicht wird. Dieser Anfangszustand der Verformung des Pralldämpfers kann dadurch erkannt werden, dass sich der Abstand von zwei unterschiedlichen Komponenten des Pralldämpfers, wie beispielsweise zwei gegenüberliegenden Wänden des Pralldämpfers, verändert. Diese Abstandsänderung kann auch indirekt beispielsweise über Beschleunigungswerte oder Geschwindigkeitswerte ermittelt werden.
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Dabei ist zu beachten, dass eine Veränderung der Steifheit des Pralldämpfers möglichst schnell nach dem Aufprall des Objektes auf das Fahrzeug erfolgen sollte. Dies wird vorteilhaft dadurch ermöglicht, dass eine Steuereinheit zur Steuerung der Steifheitsveränderung des Pralldämpfers möglichst im Frontbereich des Fahrzeugs verbaut sein sollte. Hierdurch werden an längere Signallaufzeiten zwischen den Sensoren, die die entsprechenden Auslösesignale bereitstellen und der Steuereinheit sowie der Steuereinheit und der Versteifungseinheit vermieden.
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Ferner kann auch im Schritt des Erhaltens das Voraussensorsignal erhalten werden, das eine Form und/oder eine Größe des Objektes und/oder ein Abstand und/oder eine Abstandsänderung des Objektes von dem Fahrzeug repräsentiert. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch eine Form um/oder eine Größe des Objektes ein Hinweis auf das Gewicht des Objektes und eventuell auch die Position des Einschlags des Objekts auf das Fahrzeug durch einen Vergleich mit Referenzobjekten erkannt werden können. Dies ermöglicht eine präzise Einstellung der Steifheit des Pralldämpfers, um eine möglichst hohe Energieabsorption durch den Pralldämpfer sicherzustellen. Weiterhin kann oder können in der dem Voraussensorsignal eine oder mehrere Informationen bereitgestellt werden, die einen Abstand und/oder eine Abstandsänderung des Objektes von dem Fahrzeug liefern. Durch eine Information über den Abstand oder eine Abstandsänderung des Objekts von dem Fahrzeug kann ebenfalls auf eine Aufprallenergie des Objektes beim Aufprall auf das Fahrzeug abgeschätzt werden, wodurch ebenfalls eine situationsangepasste Versteifung des Pralldämpfers verbessert werden kann.
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Günstig ist es, wenn im Schritt des Erhaltens eine Information über eine Geschwindigkeit des Objektes vor dem Aufprall auf das Fahrzeug erhalten wird und im Schritt des Ansteuerns aus dem Pralldämpfersignal ferner eine Geschwindigkeit der Komponenten des Pralldämpfers zueinander bestimmt wird, wobei im Schritt des Ansteuerns eine maximale Steifigkeit des Pralldämpfers angesteuert wird, wenn die aus dem Voraussensorsignal erhaltene Geschwindigkeit des Objektes in definiertem Masse mit der bestimmten Geschwindigkeit der Komponenten des Pralldämpfers übereinstimmt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch einen Vergleich der Geschwindigkeit des Objekts vor dem Aufprall mit einer Verformungsgeschwindigkeit des Pralldämpfers eine Information bestimmt werden kann, ob das Objekt selbst verformbar ist, so dass in diesem Fall eine geringere Steifheit des Pralldämpfers eingestellt werden kann. Wird erkannt, dass die Verformungsgeschwindigkeit des Pralldämpfers gleich der Geschwindigkeit des Objektes vor dem Aufprall ist, ist daraus zu schließen, dass sich das Objekt selbst nicht verformt. In einem derartigen Fall sollte ein möglichst großer Teil der Aufprallenergie durch den Pralldämpfer absorbiert werden. In diesem Fall sollte die Steifheit des Pralldämpfers maximal gewählt werden.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann im Schritt des Erhaltens eine Information über eine Geschwindigkeit des Objektes vor dem Aufprall auf das Fahrzeug erhalten werden und im Schritt des Ansteuerns aus dem Pralldämpfersignal ferner eine Geschwindigkeit der Komponenten des Pralldämpfers bestimmt werden, wobei im Schritt des Ansteuerns eine Reduktion der Steifigkeit des Pralldämpfers angesteuert wird, wenn die aus dem Voraussensorsignal erhaltene Geschwindigkeit des Objektes sich von der bestimmten Geschwindigkeit der Komponenten des Pralldämpfers unterscheidet. Eine derartige Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Aufprallenergieabsorptionsfähigkeit des Objektes zur Erhöhung der Gesamtsicherheit in dieser Fahrtsituation ausgenutzt werden kann. Ist beispielsweise die Verformungsgeschwindigkeit des Pralldämpfers geringerer als die Geschwindigkeit des Objekts vor dem Aufprall, kann daraus geschlossen werden, dass sich auch das Objekt verformt und somit auch durch das Objekt eine gewisse Aufprallenergie absorbiert wird. In diesem Fall benötigt die Crashbox nicht unbedingt die maximale Steifigkeit. Es kann daher eine geringere Steifigkeit eingestellt werden, um einen sanfteren und somit günstigeren Crashpuls für den Insassen und/oder Unfallgegner zu realisieren. Dies kann z.B. im Falle von Frontkollisionen zwischen einem leichten und einem schweren Fahrzeug der Fall sein, oder bei einem Seitencrash. In diesem Fall ist es günstiger die Fahrzeugfront des einen Fahrzeuges nicht auf die max. Steifigkeit einzustellen, so dass die Intrusion in der Seite des anderen Fahrzeuges nicht so hoch ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Schritt des Ansteuerns die Steifigkeit des Pralldämpfers dann angesteuert wird, wenn im Schritt des Erhaltens ein Voraussensorsignal erhalten wird, das eine Geschwindigkeit des Objektes auf das Fahrzeug zu repräsentiert und in dem Schritt des Empfangens ein Pralldämpfersignal empfangen wird, das eine Geschwindigkeit von Komponenten des Pralldämpfers zueinander repräsentiert, wobei im Schritt des Ansteuerns eine Steifigkeitsänderung des Pralldämpfers angesteuert wird, wenn das Voraussensorsignal einen Wert aufweist, der größer als eine erster Geschwindigkeitsschwelle ist und das Pralldämpfersignal einen Wert aufweist, der größer als eine zweite Geschwindigkeitsschwelle ist und wobei die erste Geschwindigkeitsschwelle größer als die zweite Geschwindigkeitsschwelle ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bereits eine kleine Verformungsgeschwindigkeit des Pralldämpfers als Auslösekriterium für die Anpassung der Steifheit des Pralldämpfers verwendet wird. Zugleich wird jedoch sichergestellt, dass die Änderung der Steifheit des Pralldämpfers erst ab einer gewissen Fahrtgeschwindigkeit (beispielsweise von 16 km/h) des Fahrzeugs oder einer entsprechenden Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeugs und dem Objekt erfolgt. Erst ab einer solchen gewissen Fahr- oder Relativgeschwindigkeit können die Vorteile der Anpassung der Steifheit des Pralldämpfers deutlich hervortreten oder es können ferner kleinere irrelevante (eventuell auch reversible) Verformungen des Pralldämpfers, die beispielsweise durch ein Anstoßen des Fahrzeugs beim unvorsichtigen Einparken entstehen, für die Anpassung der Steifheit des Pralldämpfers unberücksichtigt bleiben.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Schritt des Ansteuerns derart ausgeführt wird, dass eine Steifigkeitsänderung des Pralldämpfers innerhalb von höchstens 10 Millisekunden nach einem empfangenen Pralldämpfersignal ausgelöst wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Veränderung der Steifheit des Pralldämpfers in einer Zeitspanne erfolgt, in der der Pralldämpfer noch nicht unter einer starken mechanischen Beanspruchung steht. Somit ist noch kein hoher Energieaufwand zu Änderung der Steifheit des Pralldämpfers erforderlich, der andernfalls starke Aktoren erfordern und eventuell das Bordnetz des Fahrzeugs in der Unfallsituation zu stark belasten würde. Zugleich kann sichergestellt werden, dass die Steifheit des Pralldämpfers noch rechtzeitig vor Eintreffen der „Hauptlast“ umgestellt werden kann. Für eine derartige Ausführungsform der Erfindung sollte günstigerweise das Steuergerät, das die Änderung der Steifheit des Pralldämpfers ansteuert, im Frontbereich des Fahrzeugs verbaut sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich der plausibiliserende (inertialbasierte) Sensor in unmittelbarer Nähe zum Triggersensor befindet. Besonders nachteilhaft hingegen ist es, wenn sich der plausibiliserende Sensor im Bereich des Fahrzeugschwerpunktes (im Tunnelbereich) befindet wegen physikalischer und elektrischer Signallaufzeiten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ferner ein Schritt des Aktivierens eines Personenrückhaltemittels vorgesehen sein, wobei das Personenrückhaltemittel ansprechend auf das Voraussensorsignal und/oder das Pralldämpfersignal aktiviert wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass die zu Änderung der Steifheit des Pralldämpfers verwendeten Signale ferner auch zu Ansteuerung oder Aktivierung eines Personenrückhaltemittels verwendet werden können. Dies ermöglicht eine Mehrfachverwendung von bereits verfügbaren Signalen und trägt somit zu einer möglichen Reduktion von benötigten Sensoren bei. Dies wiederum ermöglicht eine Kostenreduktion bei der technischen Umsetzung des hier vorgeschlagenen Ansatzes.
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Auch kann weiterhin im Schritt des Aktivierens das Personenrückhaltemittel dann aktiviert werden, wenn das Pralldämpfersignal einen Wert aufweist, der größer als eine erste Aktivierungsschwelle ist und eine Differenz aus dem Voraussensorsignal und dem Pralldämpfersignal kleiner als eine zweite Aktivierungsschwelle ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Ansteuerung des Personenrückhaltemittels erst dann erfolgt, wenn der Aufprall des Objektes tatsächlich erfolgt ist und folglich eine (wenn auch nur geringe) Verformung des Pralldämpfers aufgetreten ist. Zugleich kann bei der Aktivierung des Personenrückhaltemittels berücksichtigt werden, inwiefern sich auch das Objekt beim Aufprall auf das Fahrzeug selbst verformt und damit Aufprallenergie absorbiert. Auf diese Weise kann im (eigenen) Fahrzeug die Schwere des aufgetretenen Unfalls abgeschätzt und das Personenrückhaltemittel in der für die aufgetretene Unfallsituation passenden Stärke aktiviert werden.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Anpassung einer Steifheit eines Pralldämpfers mit folgenden Merkmalen:
- - einem Voraussensor zur Lieferung eines Voraussensorsignals, das eine Information über ein Objekt vor dem Aufprall des Objekts auf das Fahrzeug repräsentiert;
- - einen Pralldämpfersensor zur Lieferung eines Pralldämpfersignals, das eine Abstandsänderung oder relative Geschwindigkeit oder Beschleunigung oder Kraft oder eine direkt bestimmte oder aus geeigneten Messgrößen abgeleitete Geschwindigkeit von Komponenten des Pralldämpfers zueinander repräsentiert;
- - eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um ansprechend auf das Voraussensorsignal und das Pralldämpfersignal eine Veränderung der Steifheit des Pralldämpfers anzusteuern; und
- - eine Verbindungseinheit zur Verbindung des Voraussensors mit dem Steuergerät über eine erste Datenleitung und zur Verbindung des Pralldämpfersensors mit dem Steuergerät über eine zweite Datenleitung, wobei die erste und/oder zweite Datenleitung höchstens eine Länge von 30 cm aufweist.
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Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass auf Grund von direkten und schnellen Verbindungen zwischen Sensoren im Frontbereich des Fahrzeugs und dem Steuergerät kurze Signallaufzeiten sichergestellt werden können. Diese möglich wiederum eine sehr schnelle Anpassung der Steifheit des Pralldämpfers nach dem Aufprall des Objektes auf das Fahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild von Komponenten eines Fahrzeugs, das zur Ausführung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist;
- 2 eine schematische Darstellung einer Auslöseentscheidung zur Anpassung von irreversiblen Rückhaltemitteln in dem Fahrzeug;
- 3 eine schematische Darstellung einer Auslöseentscheidung für eine adaptive Crashstruktur;
- 4 eine schematische Darstellung einer Auslöseentscheidung bei irreversiblen Rückhaltemitteln gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweites Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal/den ersten Schritt als auch das zweite Merkmal/den zweiten Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal/den ersten Schritt oder nur das zweite Merkmal/den zweiten Schritt aufweist.
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Bei einem Fahrzeugunfall - und bei dementsprechender Unfallschwere - werden unter anderem irreversible Sicherheitssysteme ausgelöst um die Insassen zu schützen (Airbag, Gurtstraffer, Gurtkraftminderer usw.). Bei solch einer Auslösung wird die Entscheidung grundsätzlich über zwei Sensorsignale getroffen:
- - ein Triggersignal, mit höherer Auslöseschwelle (im Allgemeinen einem Klassifikationsalgorithmus); und
- - ein Plausibilitätssignal mit niedrigerer Schwelle.
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Diese Signale stammen meist aus unterschiedlichen Crash-Sensoren wie beispielsweise:
- - Upfrontsensor (Beschleunigungssensor im Frontbereich des Fahrzeuges)
- - PAS (peripherer Beschleunigungssensor in der Fahrzeugseite)
- - PPS (peripherer Drucksensor in der Fahrzeugseite) oder dem
- - Airbag-Steuergerät (zentrale Beschleunigungssensoren).
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Diese Trigger- und/oder Plausibilitätssignale sind notwendig um Fehlauslösungen eines Fahrzeugsicherheitssystems auszuschließen; eine Zuordnung welcher Sensor als Trigger- oder als Plausibilitätssignal verwendet wird, gibt es bei modernen Algorithmen (z.B. AIDA der Fa. Bosch).
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1 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Komponenten eines Fahrzeugs 100, die zur Ausführung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Das Fahrzeug 100 umfasst dabei einen ersten Sensor 105 und einen zweiten Sensor 110, die jeweils mit einer Auswerteeinheit 115 verbunden sind. Der erste Sensor 105 kann beispielsweise ein Beschleunigungssensor zur Erfassung von Fahrzeugbeschleunigungen und der zweite Sensor kann ein Radarsensor sein, der ausgebildet ist, um innerhalb eines Erfassungsbereiches ein Objekt 120 und/oder eine Geschwindigkeit des Objekts 120 relativ zu dem Fahrzeug 100 zu erfassen. Alternativ können der erste Sensor 105 und/oder der zweite Sensor 110 auch andere physikalische Größen messen und je ein den gemessenen physikalischen Größen entsprechendes Sensorsignal an die Auswerteeinheit 115 liefern. Ansprechend auf die von den Sensoren 105 und 110 empfangenen Signale kann die Auswerteeinheit 115 ein Personensicherheitsmittel 125 aktivieren. Ein solches Personensicherheitsmittel 125 kann beispielsweise ein Frontairbag 125 für einen Insassen 130 des Fahrzeugs 100 sein. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Auswerteeinheit 115 auch ein anderes, beispielsweise reversibles Rückhaltemittel wie ein elektromotorischer Gurtstraffer 135 aktivieren. Durch das Auslösen oder Aktivieren eines solchen reversiblen Personenrückhaltemittels 135 kann der Fahrzeuginsasse 130 in einer Zone erhalten werden, in der ein irreversibles Personenrückhaltemittel 125 seine optimale Schutzwirkung entfalten kann.
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Um eine Sicherheit der Fahrzeuginsassen 130 weiterhin zu erhöhen, werden in modernen Sicherheitsarchitekturen Pralldämpfer 145 eingesetzt, die beispielsweise zwischen einem Längs- und einen Querträger des Fahrzeugrahmens verbaut sind. In 1 ist der Längsträger 150 und der Querträger 155 des Fahrzeugs 100 gestrichelt dargestellt. Ferner ist in 1 auch aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich auf der linken Fahrzeugseite ein Pralldämpfer 145 dargestellt; das Fahrzeug 100 kann auch auf der rechten Fahrzeugseite einen gleichen Pralldämpfer 145 aufweisen. Der Pralldämpfer 145 ist dabei als irreversibles Bauelement ausgestaltet, das sich bei einem Aufprall des Objektes 120 auf das Fahrzeug 100 verformt und dabei durch die Verformung Aufprallenergie absorbiert. Dies ermöglicht eine geringere Kraftwirkung auf den Fahrzeuginsassen 130 nach dem Aufprall, wodurch sich eine mögliche Verletzungsschwere des Fahrzeuginsassen 130 reduzieren lässt. Um eine weitere Optimierung der Funktionalität des Pralldämpfers 145 zu erreichen, wird nun eine situationsabhängige Veränderung der Steifheit des Pralldämpfers 145 eingesetzt. Dabei kann der Pralldämpfer in einer ersten Situation (beispielsweise wenn das Objekt 120 ein Fußgänger ist) eine geringe Steifheit aufweisen, um sich schon bei einer geringen Krafteinwirkung beim Aufprall des Objekt 120 auf das Fahrzeug 100 zu verformen und damit eine gewisse Fußgängerschutzfunktion umzusetzen. In einer solchen Situation ist auch durch das geringe Gewicht des Fußgängers keine große Krafteinwirkung auf den Fahrzeuginsassen 130 nach der Kollision zu befürchten, die schwere Verletzungen des Fahrzeuginsassen 130 verursachen könnten. Handelt es sich bei dem Objekt 120 jedoch beispielsweise um ein Fahrzeug, dass eine wesentlich größere Masse hat als ein Fußgänger, sollte der Pralldämpfer 145 eine hohe Steifheit aufweisen, um einen möglichst großen Teil der Aufprallenergie absolvieren zu können. Im Falle eines sehr leichten Unfalles (Reparaturcrash) kann der Pralldämpfer schließlich so eingestellt werden, dass er nahezu die ganze Energie des Aufpralls aufnimmt und gleichzeitig die dahinterliegenden Strukturen vor Beschädigung schützt.
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Es kann nun eine Änderung der Steifheit durch die Auswerteeinheit 115 angesteuert werden, die üblicherweise im Tunnelbereich des Fahrzeugs angeordnet ist. Eine derartige Anordnung der Steuereinheit zur Steuerung der Steifheit des Pralldämpfers 145 ist jedoch nachteilig, da durch die zeitliche Verzögerung des Beschleunigungssignals (lange Laufzeit / Massenträgheit) und die Datenübertragung (insbesondere bei geringer Bandbreite der Verbindung) der Sensoren 105 und 110 im Frontbereich des Fahrzeugs zur Auswerteeinheit 115 und eine entsprechende Datenübertragung zur Ansteuerung des Pralldämpfers 145 hohe Signallaufzeiten und somit ungünstig hohe Systemreaktionszeiten verursacht werden. Eine schnelle Verbindung der Komponenten ist mit erhöhten Kosten verbunden.
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Ein Mangel in herkömmlichen Systemen besteht darin, dass die Plausibilisierung eines Crashsignals sehr oft über den Sensor im Zentralairbagsteuergerät geht. Eine Ausnahme gibt es bei Seitencrashs: Wen ein peripherer Drucksensor (in der Tür) einen Crash erkennt, kann der periphere Beschleunigungssensor (in der B-Säule) diesen Crash plausibilisieren.
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Diese fast immer vorhandene Plausibilisierung durch das Zentralairbagsteuergerät kostet wertvolle Millisekunden in denen ein Sicherheitssystem einen noch besseren Schutz gewährleisten kann. Bei einer Airbagauslösung (Frontairbags) ist eine Plausibilisierung durch das Zentralairbagsteuergerät nicht unvorteilhaft. Beim Frontairbag gilt „je früher der Zündzeitpunkt, desto besser“ nicht, da der Airbag im Zusammenspiel mit dem Gurtsystem funktionieren muss. Da der Insasse relativ spät in den Airbag eintaucht (Größenordnung 30-40 ms nach dem Aufprall) ist die Plausibilisierung durch das Zentralairbagsteuergerät durchaus machbar. Im Anwendungsbereich der Frontcrashs in Bezug der adaptiven Strukturen zeichnet sich der Mangel des Stands der Technik besonders stark aus. Eine adaptive Crashstruktur befindet sich bekannter Weise im vorderen Bereich des Fahrzeuges, somit wird diese eine Deformation unmittelbar nach t0 erfahren müssen. Die Crashstruktur muss demnach seine Adaptivität binnen wenige Millisekunden anpassen (Größenordnung < 10ms nach dem Aufprall).
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Ein Aspekt der Erfindung besteht darin einen Plausibilisierungsweg bzw. Plausibilisierungsmethode darzustellen, die zum einen eine schnellere Anpassung der Crashbox-Versteifung als im Stand der Technik ermöglicht und zum anderen deutlich genauer ist, was eine zuverlässigere Einstellung der adaptiven Crashbox führt.
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Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist es, die adaptive Crashstruktur bzw. deren Intelligenz mit einer vorausschauenden Sensorik zu verbinden, so dass das Zentral-Airbagsteuergerät bei der Einstellung der Steifigkeit der Crashstruktur „umgangen“ werden kann und somit Zeit eingespart wird.
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Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, eine separate Steuereinheit 160 im Frontbereich des Fahrzeugs 100 vorzusehen, die eine Ansteuerung der Steifheit des Pralldämpfers 145 durchführt. Ferner wird vorgeschlagen, der Steuereinheit 160 eigene Steuersignale zuzuführen, auf deren Basis die Ansteuerung der Steifheit des Pralldämpfers 145 durchgeführt wird. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen als ein erstes Steuersignal ein Pralldämpfersignal von einem Pralldämpfersensor 165 zu verwenden, der eine Änderung von Komponenten (wie beispielsweise Wänden) des Pralldämpfers 145 zueinander misst. Über ein solches Pralldämpfersignal lässt sich schon eine geringe Verformung des Pralldämpfers 145 erfassen, wie sie beispielsweise in einem sehr frühen Stadium des Aufpralls des Objektes 120 auf das Fahrzeug 100 auftritt.
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Die primäre Aufgabe der Plausibilisierung ist der Schutz vor Fehlfunktionen des Systems durch defekte Sensorik. Die Plausibilisierung schützt ferner vor Aktivierung in sogenannten Misuse Fällen. Ein Beispiel wird im Folgenden gegeben. Um nun zu verhindern, dass bereits geringe Verformungen des Pralldämpfers 145 im gewöhnlichen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 100 (beispielsweise bei einer unebenen Fahrbahn oder einem leichten Anstoßen des Fahrzeugs 100 beim Einparken) zu einer Veränderung der Steifheit des Pralldämpfers 145 führt, sollte (beispielsweise als Plausibilisierung) der Steuereinheit 160 ein Voraussensorsignal von einem vorrausschauenden Sensor zugeführt werden, das eine Information über das Objekt 120 vor einem Aufprall auf das Fahrzeug 100 repräsentiert. Diese Information kann beispielsweise eine Form und/oder eine Größe des Objektes und/oder ein Abstand und/oder eine Abstandsänderung (Geschwindigkeit) des Objektes 120 von dem Fahrzeug 100 repräsentieren.
Über diese Information kann dann nicht nur eine Plausibilisierung für eine erforderliche Steifheitsänderung des Pralldämpfers 145 sondern zugleich eine Information über eine zu erwartende Schwere des Aufpralls abgeschätzt werden, so dass die Steuereinheit 160 das Steuersignal derart ausgeben kann, das am Pralldämpfer 145 der erforderliche Grad an Steifheit eingestellt wird. Hierzu kann die vorstehend genannte Unterscheidung zwischen einer hohen und einer niedrigen Steifheit des Pralldämpfers 145, je nach Situation, eine prinzipielle Ansteuercharakteristik für die unterschiedlichen Unfallszenaren darstellen.
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Die Art eines hier verwendbaren vorausschauenden Sensors kann beispielsweise ein bereits verfügbarer und verbauter Sensor sein, wie der in 1 dargestellte zweite Sensor 110. Dieser Sensor kann beispielsweise als Radarsensor ausgestaltet sein, der den Abstand oder die Geschwindigkeit des Objektes 120 bei relativ zum Fahrzeug 100 erfassen und an die Steuereinheit 160 übermitteln kann. Eine solche Mehrfachverwendung von bereits verbauten Sensoren ermöglicht ferner eine Kostenreduktion bei der Umsetzung der Erfindung.
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Zusätzlich kann auch ein Signal von der Steuereinheit 160 zu der Auswerteeinheit 115 geleitet werden, mit dem der Auswerteeinheit 115 eine Information über ein von der Steuereinheit 160 erhaltenes Signal (oder eine Kombination von mehreren erhaltenen Signalen) oder ein von der Steuereinheit 160 ausgegebenes Signal übermittelt wird. Auf diese Weise verfügt die Auswerteeinheit 115 über ein weiteres, zusätzliches Signal, das sie zur Plausibilisierung einer Auslöseentscheidung für ein Personenrückhaltemittel 125 oder 135 einsetzen kann. Auch kann eventuell ein Sensor eingespart werden, der lediglich zu Plausibilisierungszwecken für die Auswerteeinheit 115 vorgesehen ist.
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Die Entscheidung über die Anpassung der Steifigkeit einer adaptiven Crashstruktur wird vorteilhafterweise ähnlich wie eine Airbag-Auslöseentscheidung erfolgen. Bei einer solchen Airbag-Auslöseentscheidung können zwei unabhängige Crashsignale beim Steuergerät 115 ankommen, welches dann auf der Basis dieser erhaltenen Signale die Auslöseentscheidung trifft. Eine prinzipielle Verknüpfung von solchen Signalen für herkömmliche Personenrückhaltesysteme in der Auswerteeinheit 115 mit in einer logischen UND-Verknüpfung ist in 2 dargestellt, wobei die ein erstes Signal S1 beispielsweise von der in 1 dargestellten Sensorik 105 und ein zweites Signal von einer in 1 dargestellten Sensorik 110 erhalten wird. Liegen beide Signale vor, kann durch die logische UND-Verknüpfung in der Auswerteeinheit 115 eine Auslösung des Personenrückhaltemittels 125 erfolgen. Zwingend ist eine solche Plausibilisierung mit zwei unabhängigen Signalen erst, wenn sie sich aus der Betrachtung zur funktionalen Sicherheit ergibt, was bei z.B. einer Airbag Auslösung der Fall ist.
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Im Fall des hier vorgestellten Ansatzes könnten die Signale entsprechend der Darstellung aus 3 wie folgt verknüpft werden:
- Signal S1 ist beispielsweise ein Signal, das von einer in der Crashstruktur integrierte Geschwindigkeitsmessvorrichtung (beispielsweise dem von dem Pralldämpfersensor 165) ausgegeben wird, der beispielsweise als ein Crashboxinternes Radar ausgestaltet ist. Neben den geringen Kosten bietet ein solches Bauelement auch weitere Voraussetzungen um die Anforderungen bezüglich einer hohen Genauigkeit und Schnelligkeit zu erfüllen. Dieser kleine Radarsensor 165 kann hoch genau, in einer Dimension (in diesem Fall axial) die Entfernung und auch die Entfernungsänderung (also die Geschwindigkeit) mit einer sehr hohen Abtastrate bestimmen. Auch andere Sensoren, die die gleichen Eigenschaften aufweisen sind verwendbar (z.B. ein kapazitiver Sensor, ein induktiver Sensor, ein Linearpotentiometer, ein optischer Sensor, usw.). Somit kann zu einem sehr frühen Zeitpunkt nach der Kollision die Geschwindigkeit ermittelt werden, mit der sich die Crashbox (d.h. der Pralldämpfer 145) am Anfang verformt.
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Die Steifigkeitseinstellung der Crashbox wird beispielsweise aus einem Differenzsignal der Eigenfahrzeuggeschwindigkeit (d.h. der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100) und der Crashbox-Deformationsgeschwindigkeit errechnet. Hierfür kann eine Fallunterscheidung getroffen werden, die unterschiedliche Aufprallszenarien darstellen:
- - Sind beide Geschwindigkeiten identisch, kollidiert das Eigenfahrzeug auf ein nicht-deformierbares Objekt (z.B. eine Mauer), d.h. die maximale Steifigkeit der Crashstruktur 145 sollte eingestellt werden, wenn die Geschwindigkeit eine gewisse Höhe (z.B. Reparaturcrash) übersteigt.
- - Sind die Geschwindigkeiten unterschiedlich, handelt es sich um einen Crash mit Kollisionsgegner, so dass auch eine geringere als die maximale Steifigkeit ausreichen kann.
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Signal S2 kann beispielsweise einer Precrash-Sensorik entstammen und eine weitere Eingabe der Steuereinheit 160 für die Einstellung der Crashbox darstellen. Das Signal S2 könnte von einer Mono- oder Stereovideosensorik, einem Radar, Lidar oder CV-Sensor (Collision Velocity Sensor) stammen (beispielsweise der Sensorik 110 entsprechend der 1). Damit sind eine Klassifikation der Objektart und -größe des Objektes 120 sowie die Bestimmung der Fremdfahrzeuggeschwindigkeit möglich, wenn es sich bei dem Objekt beispielsweise um ein Fahrzeug handelt.
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Liegen sowohl das Pralldämpfersignal S1 vom Pralldämpfersensor 165 als auch das Voraussensorsignal S2 vom Voraussensor 110 vor (d.h. haben diese Signale einen Wert, der über je einem vorbestimmten Schwellwert liegt), dann wird von dem Steuergerät 160 eine Veränderung der Steifigkeit des Pralldämpfers 145 angesteuert, so dass der Pralldämpfer eine die aufgetretene Situation passende Steifigkeit annimmt.
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Das Signal S1 kann hierbei das Triggersignal sein und Signal S2 als Plausibilisierungssignal dienen. Auch die vertauschte Zuordnung (d.h. die Verwendung von Signal S2 als Triggersignal und Signal S1 als Plausibilisierungssignal) kann gewählt werden. Prinzipiell sollte aus dem genaueren Sensor das Triggersignal berechnet werden. Die Plausibilisierung ist eine Absicherung gegenüber defekten Komponenten. Hier kann gegebenenfalls auch eine niedrigere Schwelle für das Plausibilisierungssignal genutzt werden. Beim Vorhandensein der beiden Signale ist eine Adaption der Steifigkeit der Crashstruktur (insbesondere des Pralldämpfers 145) möglich. Der „zeitlich lange Weg“ über die Plausibilisierung via Sensorik im Zentralairbagsteuergerät 115 oder einem UFS (Upfront-Sensor) wurde durch das Vorsehen eines separaten Steuergerätes 160 nicht verwendet; dies ist der einer der Hauptvorteile dieser Erfindung.
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Vorteilhafterweise sollte die Schaltung einer Crashstruktur 145 nicht „unter Last“ (d.h. nicht mitten im Crash, d.h. zur Zeit in der die Hauptlast auf die Crashstruktur 145 wirkt) erfolgen, da dies einen hohen Aktuatoraufwand (in Bezug auf eine Aktivierungsenergie und/oder einen Zeitbedarf) mit sich bringen würde. Der beschriebene Ansatz ermöglicht dagegen durch eine sehr schnelle und zuverlässige Signalverarbeitung und Ansteuerung der Crashstruktur eine Plausibilisierung in der frühen Crashphase. Eine Schaltung „ohne Last“ wäre hiermit möglich.
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Weitere Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes können die Folgenden sein:
- Es wäre ein Entfall der Upfrontsensoren zur Plausibilisierung der Trigger-Entscheidung der Crashstruktur möglich.
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Das aus Signal S1 und Signal S2 berechnete Triggersignal könnte weiterhin als Plausibilisierungssignal für die Airbag-Auslöseentscheidung dienen. Vorteilhafterweise können die Rohsignale der Sensorik 1 (beispielsweise des Pralldämpfersensors 145) und der Sensorik 2 (beispielsweise des Voraussensors 110) auch auf einer anderen Weise kombiniert werden. Bei einer Erfüllung der Voraussetzungen kann ein Flag erzeugt oder gesetzt werden, das als Eingangssignal in die AIDA Add-on Berechnung (Auslöseentscheidung zur Aktivierung des Airbags) bei der Aktivierung oder Auslösung eines weiteren Personenrückhaltemittels im Fahrzeug berücksichtigt werden kann. Dieses Signal kann beispielsweise ein Signal des UFS-Sensors (für eine Crash-Funktionalität zur Auslösung des Personsrückhaltemittels) ersetzen, wodurch möglicherweise ein kompletter UFS entfallen kann. Als Beispiel können hier folgende Aspekte angeführt werden:
- o Berechnung des Geschwindigkeitswertes des Objektes 120 aus einem Signal von Sensorik 2 und
- o relative Abweichung der bestimmten Geschwindigkeit des Objektes von einer Deformationsgeschwindigkeit, die durch die Sensorik 1 ermittelt wurde.
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Hierzu kann beispielsweise ein Ansatz zum Treffen einer Weiterleitungsentscheidung verwendet werden, wie er in der 4 schematisch dargestellt ist. Eine erste Sensorik (wie beispielsweise der Pralldämpfersensor 165 aus 1) kann ein erstes Signal liefern, das die Deformationsgeschwindigkeit v1 von Komponenten des Pralldämpfers zueinander repräsentiert. Eine zweite Sensorik (wie beispielsweise der Voraussensor 110 aus 1) kann ein Signal liefern, das eine Geschwindigkeit v2 des Objektes 120 aus 1 auf das Fahrzeug zu repräsentiert. Liegt die Deformationsgeschwindigkeit v1 über einer ersten Schwelle Th1 und eine Differenz Δ aus der Deformationsgeschwindigkeit v1 und der bestimmten Objektgeschwindigkeit v2 (d.h. Δ = |v1 - v2|) unterhalb einer zweiten Schwelle Th2, kann ein Signal an die Auswerteeinheit 115 des oder der Personenrückhaltemittel ausgegeben werden. Die Auswerteeinheit 115 kann dieses von dem Steuergerät 160 erhaltene Signal dann als Plausibilisierungssignal (oder auch als Triggersignal) zur Aktivierung oder Auslösung oder Beeinflussung (Add-on Konzept) des Personenrückhaltemittels 125 oder 135 entsprechend der 1 verwenden.
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Weiterhin wäre auch denkbar, eine Crashschwereschätzung durch die Kombination der Signale aus der Sensorik 1 und der Sensorik 2 zu plausibilisieren. Hierzu kann beispielsweise über eine Videoauswertung (bei einer Sensorik 2 als Videosensor) die Größe und/oder Klasse vom Objekt 120 abgeschätzt werden. Dies kann auf der Basis von bekannten Formen und Größen von Referenzobjekten in der Steuereinheit erfolgen, so dass eine Annahme über die entsprechende Größe und/oder die Form des Crashgegners getroffen werden kann. Diese Annahmen können beispielsweise umfassen:
- - eine Schätzung der Masse des Unfallgegners,
- - eine Schätzung der Steifigkeit des Unfallgegners,
- - eine Schätzung des Offsets des Aufpralls des Objektes in Bezug zur Fahrzeugfront, und/oder
- - eine Schätzung der Relativgeschwindigkeit des Objektes in Bezug zur Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Das Signal der Sensorik 1 kann zur Plausibilisierung dieser Größen herangezogen werden. Das plausibilisierte Signal bzw. die plausibilisierte Größe kann dann zur Einstellung des Kraftniveaus und/oder der Steifigkeit der Crashstruktur dienen und kann auch in die Auslöseentscheidung des Airbags und Gurtes einbezogen werden.
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In 5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zur Anpassung der Steifigkeit eines irreversiblen Pralldämpfers eines Fahrzeugs nach einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug dargestellt, das den vorstehend beschriebenen Ansatz wiedergibt. Das Verfahren 500 benutzt einen irreversiblen Pralldämpfer, der zur Absorption einer Aufprallenergie eines Objektes auf das Fahrzeug ausgebildet ist. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt des Erhaltens 510 eines Voraussensorsignals, das eine Information über das Objekt vor einem Aufprall des Objektes auf das Fahrzeug repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt des Empfangens 520 eines Pralldämpfersignals, das eine Abstandsänderung oder relative Geschwindigkeit oder Beschleunigung oder Kraft von Komponenten des Pralldämpfers des Fahrzeugs zueinander repräsentiert. Schließlich umfasst das Verfahren 500 einen Schritt des Ansteuerns 530 einer Steifigkeitsveränderung des irreversiblen Pralldämpfers, ansprechend auf das empfangene Pralldämpfersignal und das erhaltene Voraussensorsignal, um durch die angesteuerte Steifigkeitsveränderung die Steifigkeit des irreversiblen Pralldämpfers bei dem Aufprall des Objektes auf das Fahrzeug anzupassen.