DE102006001366B4

DE102006001366B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion eines Fußgängeraufpralls

Info

Publication number: DE102006001366B4
Application number: DE102006001366.2A
Authority: DE
Inventors: Frank Mack; Sascha Steinkogler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: US8948961B2; EP1976727A1; CN101356079A; JP2009523087A; CN101356079B; US20100191401A1; WO2007087916A1; DE102006001366A1

Abstract

Vorrichtung zur Detektion eines Fußgängeraufpralls mit:- wenigstens drei Beschleunigungssensoren (10, 12, 13) die jeweils an der Innenseite der Stoßfängerverkleidung (15) angebracht sind und jeweils ein Signal erzeugen,- einer Auswerteschaltung (µC), die in Abhängigkeit von wenigstens einem Zeitversatz (Δt, Δt) zwischen zwei der drei Signale den Fußgängeraufprall detektiert und einen Aufprallort erkennt dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (µC) den wenigstens einen Zeitversatz (Δt, Δt) aus den ersten beiden auftretenden Signalen bestimmt und das Signal des dritten Beschleunigungssensors zur Plausibilisierung verwendet..

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion eines Fußgängeraufpralls nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Aus DE 103 48 386 A1 ist bereits die Verwendung von Beschleunigungssensoren zur Detektion eines Fußgängeraufpralls bekannt.
Aus der DE 103 57 352 A1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln bekannt, die die Personenschutzmittel in Abhängigkeit von einem Laufzeitunterschied zwischen einem ersten Signal von einer an der Fahrzeugfront angeordneten Aufprallsensorik und ienem zweiten Signal von einer zentral angeordneten Beschleunigungssensorik ansteuert, wobei das erste und das zweite Signal jeweils einen Aufprall anzeigen.
Aus der DE 10 2005 013 595 A1 sind ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Erzeugung eines Auslösesignals für eine Insassenschutzvorrichtung bekannt, bei welchem bzw. bei welcher Sensordaten zur Unfallklassifizierung erfasst und ausgewertet werden. Zur Bestimmung einer Unfallrelativgeschwindigkeit werden Signale von mindestens zwei mit einem vorgegebenen Abstand in x-Richtung versetzt angeordneten Messpunkten ausgewertet, wobei der zeitliche Abstand zwischen einem von einem ersten Sensor an einem ersten Messpunkt erfassten Crashsignal und einem von einem weiteren Sensor an einem weiteren Messpunkt erfassten Crashsignal bestimmt wird.
Aus der DE 10 2005 012 949 A1 sind ein Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung und eine zugehörige Erkennungseinrichtung zum Unterscheiden von Aufprallarten, insbesondere zum Erkennen eines Fußgängeraufpralls, und für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einem Steuergerät und mindestens einem ersten Sensor und einem zweiten Sensor, mit folgenden Verfahrensschritten bekannt: Erfassen eines Aufpralls und Erzeugen von dazu jeweils korrespondierenden Signalen durch mindestens einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor; Bestimmen einer Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt eines Überschreitens des Signals des ersten Sensors eines ersten vorgebbaren Schwellenwerts und dem Zeitpunkt eines Überschreitens des Signals des zweiten Sensors eines zweiten vorgebbaren Schwellenwerts und Unterscheiden einer Aufprallart durch Ermitteln einer Aufprallrelativgeschwindigkeit anhand der Zeitdifferenz und Diskriminieren der Aufprallrelativgeschwindigkeit anhand eines festen Wertes oder Musters.
Aus der DE 10 2005 038 591 A1 ist eine Kontaktsensorik für ein Fahrzeug mit mindestens einer an einem Stoßfänger angeordneten ersten Sensoreinheit bekannt, deren erste Sensordaten zur Aktivierung eines Fußgängerschutzsystems auswertbar sind. Im vorderen Fahrzeugbereich ist mindestens eine zweite Sensoreinheit vorhanden, deren zweite Sensordaten zur Aktivierung eines Insassenshcutzsystems auswertbar sind, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit die ersten Sensordaten der mindestens einen ersten Sensoreinheit und die zweiten Sensordaten der mindesten eine zweiten Sensoreinheit zur Aktivierung des Fußgängerschutzsystems bzw. des Insassenschutzsystems kombiniert und auswertet.
Aus der DE 10 2005 046 928 A1 sind eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Lokalisierung einer Kollision eines Objekts an einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der bzw. bei dem mit mindestens einer mit einer Außenseite des Kraftfahrzeugs gekoppelten Sensoreinrichtung, umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, die bei einer Kollision eines Objektes mit der Außenseite ansprechen und abhängig von der Kollision ein erstes Sensorsignal bzw. ein zweites Sensorsignal ausgeben, und mit einer Auswerteeinrichtung, welche aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Ansprechens des ersten Sensors und dem Zeitpunkt des Ansprechens des zweiten Sensors emittelt und welche aus dieser Differenz ein Ortssignal erzeugt, das eine Information über den Ort der Kollision des Objekts bezogen auf die Außenseite des Kraftfahrzeugs enthält.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion eines Fußgängeraufpralls haben dem gegenüber den Vorteil, dass eine Konfiguration aus wenigstens drei Beschleunigungssensoren verwendet wird, die an der Innenseite der Stoßfängerverkleidung angebracht sind. Vorzugsweise ist dabei jeweils ein Beschleunigungssensor rechts und links und der dritte Beschleunigungssensor in der Mitte angeordnet. Durch die Auswertung eines Zeitversatzes der auftretenden Signale der drei Beschleunigungssensoren ist vorteilhafter Weise die Detektion des Fußgängeraufpralls an sich und auch die des Aufprallorts in einfacher Weise möglich. Zur Auswertung dieser Beschleunigungssignale wird eine Auswerteschaltung verwendet, die in einem Steuergerät, beispielsweise in einem Airbagsteuergerät angeordnet ist, wobei auch Teile der Auswertung in den Beschleunigungssensoren selbst durchgeführt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ihre Robustheit. Außerdem können Aufprallobjekte mit nicht zu vernachlässigender Breite, beispielsweise ein Einkaufswagen, erkannt werden, sofern die Überschreitung der Schwelle von allen drei Sensoren praktisch gleichzeitig stattfindet oder innerhalb eines sehr kleinen, evtl. geschwindigkeitszeitabhängigen Zeitintervalls.
Mit der Erfindung ist es möglich, Auslöse- von Nichtauslösefällen sicher zu unterscheiden.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Aufprallort mittels der wenigstens drei Sensoren zu ermitteln. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Deformations- und Körperschall im Kunststoff der Stoßfängerverkleidung relativ langsam ist. Dadurch wird ein Beschleunigungssensor, der weiter vom Aufprallort entfernt ist, später das Signal erzeugen, als ein Sensor, der in der Nähe des Aufprallorts angebracht ist.
Durch die Nähe wenigstens einen der Beschleunigungssensoren zum Aufprallort kann auch das Eindringen des Aufprallobjekts in das Fahrzeug registriert werden. Ein mittlerer Abstand von 20-30cm vom Beschleunigungssensor zum Aufprallort hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Vorrichtung bzw. des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verfahrens zur Detektion eines Fußgängeraufpralls möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die jeweiligen Signale der Beschleunigungssensoren dann erzeugt werden, wenn die Signal vorgegebene oder adaptiv bestimmte, beispielsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Rauschschwellen überschreiten. Solche Rauschschwellen liegen beispielsweise zwischen 3 und 5g.
Alternativ ist es jedoch möglich, dass die Signale auch dann erzeugt werden, wenn die Signale bestimmte Signalmerkmale, also Formen zeigen. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem Maximum oder Minimum oder anderen auffälligen Signalformen oder einer bestimmten Größe, wie dem ersten oder zweiten Integral- oder dem Differenzquotienten des Beschleunigungssignals bestimmt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass ein Zähler vorgesehen ist, der den wenigstens einen Zeitversatz ermittelt. Dieser Zähler kann ein Timerbaustein sein, der im Steuergerät angeordnet ist oder er wird softwaretechnisch in einem Mikrocontroller im Steuergerät realisiert. Dabei ist dann der Mikrocontroller die Auswerteschaltung.
Vorteilhafter Weise wird der Zeitversatz aus den ersten beiden auftretenden Signalen bestimmt, also den beiden Beschleunigungssensoren, die am nächsten zum Aufprallort angeordnet sind, und der dritte Beschleunigungssensor wird mit seinem Signal zur Plausibilisierung verwendet. Damit wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren besonders robust.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Signale nach ihrem Auftreten gewichtet werden. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der Sensor, der zuerst das Signal erzeugt, also am nächsten am Aufprallort ist, das Signal erzeugt, das am wichtigsten für die Analyse des Aufpralls bzw. des Aufprallobjekts ist. Damit wird die Analyse entscheidend verbessert und schwächere Signale werden nicht so stark in die Analyse eingehen.
Die Signale können vorteilhafter Weise jedoch auch über der Zeit aufsummiert oder integriert werden. Wobei hier Integration bedeutet, eine solche Integration, die rechentechnisch möglich ist. Anhand des ersten Integrals oder dieser ersten Summe kann über den Impulssatz eine Massenbestimmung bzw. Abschätzung des Aufprallobjekts durchgeführt werden. Dabei ändert man das zweite Integral oder eine zweifach aufsummierte Summe, dann kann diese zweite Summe oder das zweite Integral zur Bestimmung der Eindringtiefe des Aufprallobjekts in das Fahrzeug vorteilhafter Weise verwendet werden. Über die Eindringtiefe können ansonsten schwer zu unterscheidende Objekte, beispielsweise weiche und schwere wie ein Mensch, von hart und leichten gut diskriminiert werden. Dies liegt daran, dass ein schwerer Gegenstand bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit weiter in den Stoßfänger eindringt als ein leichter.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Anordnung gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein erstes Blockschaltbild,
3 ein Beschleunigungszeitdiagramm,
4 ein zweites Blockschaltbild und
5 ein Flussdiagramm.

Beschreibung
Es wurden bereits Beschleunigungssensoren zur Detektion eines Fußgängeraufpralls vorgeschlagen. Hierbei ergibt sich das Problem der robusten Trennung von Auslöse- und Nichtauslösefällen. Insbesondere ist dabei eine Aufprall-Offset-Erkennung notwendig, da der Stoßfänger entlang der Fahrzeugquerrichtung seine Steifigkeit ändert und daher die Signale der Sensoren von ein und demselben Aufprallobjekt bei gleicher Geschwindigkeit vom Offset abhängt. Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren durch die Verwendung von wenigstens drei Beschleunigungssensoren, die an der Stoßfängerverkleidung angeordnet sind, gelöst. Dabei wird der Zeitversatz der Signale der Beschleunigungssensoren ausgewertet.
1 zeigt in einer Darstellung die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist an der Stoßfängerverkleidung 15, die weitgehend aus Kunststoff gefertigt ist, eine Anordnung von drei Beschleunigungssensoren 10, 12 und 13 vorgesehen. Die Beschleunigungssensoren sind beispielsweise über Halter mit der Stoßfängerverkleidung 15 verschraubt. Hinter den Beschleunigungssensoren 10, 12 und 13 ist ein Biegeträger 14 des Fahrzeugs vorgesehen. Durch die gestrichelten Linien wird die Ausbreitung von Signalen angedeutet. Zwischen den Sensoren ist der Abstand L vorgesehen.
Liegt nun ein Aufprall am Ort A vor, dann liefert der Sensor 10 als erster ein Signal zur Zeit t0. Sensor 12 liefert dann ein Signal mit einem Zeitversatz von $Δ t 12_{1} = \frac{L}{c},$
wobei L der Abstand zum Sensor 10 ist und C die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Körperschalls im Stoßfänger ist. Der Sensor 13 liefert ein Signal mit dem Zeitversatz $t 13_{2} = 2 \frac{L}{c} .$
Liegt ein Aufprall am Aufprallort B vor, liefert der Sensor 10 wiederum das erste Signal und damit den Beginn t0. Der Sensor 12 liefert sein Signal mit dem Zeitversatz $Δ t 12_{1} = \frac{d}{c} < \frac{L}{c} .$
Der Sensor 13 liefert den Zeitversatz $Δ t 13_{2} = \frac{(d + L)}{c} < 2 \frac{L}{c} .$
Der Abstand d ist der Abstand vom Sensor 12 zum Aufprallpunkt P.
Bei einem Aufprall beim Aufprallpunkt C liefert der Sensor 12 nunmehr das erste Signal und damit den Zeitbeginn t0. Der Sensor 10 liefert sein Signal mit dem Zeitversatz $Δ t 12_{1} = \frac{(L - d)}{c}$
wobei der Abstand von dem Aufprallpunkt C zum Sensor 10 L-d ist. Der Sensor 3 liefert wiederum einen Zeitversatz $Δ t 13_{2} = \frac{(d + L)}{c} .$
Dabei wird angenommen, dass die horizontale Ausdehnung des Aufprallobjekts vernachlässigbar ist. Diese Fälle und die Berechnung des Verhältnisses von Δt12₁ und Δt13₂ können bei der Offsetbestimmung, das ist der Abstand d, genutzt werden.
2 erläutert in einem Blockschaltbild, wie die Signale und der Zähler zusammenwirken. Im Block 20 erzeugt beispielsweise bei Aufprall an der Stelle A der Beschleunigungssensor 10 sein Signal. Damit wird der Timer 21 gestartet. Der Timer misst den Zeitversatz Δt12₁ bis der Sensor 12 im Block 22 sein Signal erzeugt. Der Timer wird dann auch im Block 23 weiterhin den Zeitversatz Δt13₂ messen, bis auch der Beschleunigungssensor 13 im Block 24 sein Signal erzeugt.
3 visualisiert dies in einem Beschleunigungszeitdiagramm. Die Kurve 3.1 repräsentiert hier das Beschleunigungssignal des Sensors 10 bei einem Aufprall beim Aufprallpunkt A. Zum Zeitpunkt t0 überschreitet das Signal 31 die Rauschschwelle 30. Damit wird zum Zeitpunkt t0 der Timer gestartet. Dieser misst den Zeitversatz Δt₁ bis auch das Signal des Sensors 12, das hiermit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet ist, die Rauschschwelle 30 überschreitet. Der Timer zählt jedoch weiterhin den Zeitversatz Δt₂ bis auch das Signal 33 des Sensors 13 die Rauschschwelle 30 überschreitet. Anstatt der Rauschschwelle können auch andere Signalmerkmale verwendet werden, um die Zeiten zu messen.
4 zeigt in einem weiteren Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Beschleunigungssensoren 10, 12 und 13 sind über Zweidrahtleitungen mit einem Steuergerät ECU verbunden. Dabei übertragen die Beschleunigungssensoren 10, 12 und 13 ihre Daten als digitale Signale, beispielsweise mittels Manchester-Codierung an das Steuergerät ECU. Es ist möglich, dass die Beschleunigungssensoren 10, 12 und 13 eine Vorverarbeitung in ihren Bausteinen bereits aufweisen. Die Beschleunigungssensoren 10, 12 und 13 können bereits die Rauschschwelle selber prüfen oder die Prüfung übernimmt das Steuergerät ECU mittels des Mikrocontrollers µC. Der Einfachheit halber sind hier im Steuergerät ECU Interfacebausteine und auch andere Bausteine, wie eine Zündkreisansteuerung nicht dargestellt, da sie für das Verstehen der Erfindung nicht wesentlich sind. Der Mikrocontroller µC wertet die Signale der Beschleunigungssensoren 10, 12 und 13 erfindungsgemäß aus und steuert in Abhängigkeit davon Fußgängerschutzmittel FGS an. Zur Ermittlung des Zeitversatzes nutzt der Mikrocontroller µC einen Timerbaustein 40. Alternativ ist es möglich, dass der Timer softwaretechnisch durch den Mikrocontroller µC selbst nachgebildet wird.
Anhand der 5, und zwar an dem dargestellten Flussdiagramm wird das erfindungsgemäße Verfahren, das auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 4 abläuft, näher erläutert. In Verfahrensschritt 500 erzeugt der am Auftreffpunkt nächst liegende Sensor sein Signal. Dabei bedeutet hier Signalerzeugung, dass das Signal über der vorgegebenen Schwelle, hier der Rauschschwelle, liegt. Der Zähler wird sodann in Verfahrensschritt 501 gestartet. Dies wird im Beispiel durch den Timerbaustein 40 realisiert, der durch den Mikrocontroller µC gestartet wird. In Folge des Aufpralls erzeugen auch die Sensoren 12 und 13 jeweils das zweite und das dritte Signal. Mittels des Zählers 40 wird dabei der Zeit-Offset bestimmt. Anhand des Zeitversatzes ist es möglich, den Aufprallort und den Aufprall an sich zu bestimmen. Dies wird in Verfahrensschritt 503 durchgeführt. In Verfahrensschritt 504 erfolgt hier als Option - dies ist nicht notwendiger Weise der Fall - die Bestimmung des ersten Integrals des Beschleunigungssignals, um daraus über den Impulssatz die Masse des Aufprallobjekts abzuschätzen, was in Verfahrensschritt 504 durchgeführt wird. Als das Signal wird vorzugsweise das erste auftretende Signal verwendet. Als eine weitere Option wird hier in Verfahrensschritt 505 das zweite Integral gebildet, um die Eindringtiefe des Aufprallobjekts zu bestimmen. Daran ist es dann möglich, eine Charakterisierung des Aufprallobjekts durchzuführen. Anstatt der Integrale, die hier mittels des Mikrocontrollers µC durchgeführt werden, können auch andere Summationstechniken verwendet werden. Es versteht sich, dass die Integration derart gemeint ist, wie sie ein Rechner durchführen kann.

Claims

Vorrichtung zur Detektion eines Fußgängeraufpralls mit: - wenigstens drei Beschleunigungssensoren (10, 12, 13) die jeweils an der Innenseite der Stoßfängerverkleidung (15) angebracht sind und jeweils ein Signal erzeugen, - einer Auswerteschaltung (µC), die in Abhängigkeit von wenigstens einem Zeitversatz (Δt₁, Δt₂) zwischen zwei der drei Signale den Fußgängeraufprall detektiert und einen Aufprallort erkennt dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (µC) den wenigstens einen Zeitversatz (Δt₁, Δt₂) aus den ersten beiden auftretenden Signalen bestimmt und das Signal des dritten Beschleunigungssensors zur Plausibilisierung verwendet..
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Beschleunigungssensoren (10, 12, 13) das jeweilige Signal dann erzeugen, wenn das jeweilige Signal eine jeweilige Rauschschwelle (30) überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Beschleunigungssensoren (10, 12, 13) das jeweilige Signal in Abhängigkeit von einer Signalform erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zähler (40) vorgesehen ist, der den wenigstens einen Zeitversatz (Δt₁, Δt₂) ermittelt.
Verfahren zur Detektion eines Fußgängeraufpralls mit folgenden Verfahrensschritten: - wenigstens drei Beschleunigungssensoren (10, 12, 13), die jeweils an der Innenseite der Stoßfängerverkleidung (15) angebracht sind, erzeugen jeweils ein Signal; - der Fußgängeraufprall wird in Abhängigkeit von wenigstens einem Zeitversatz zwischen zwei der drei Signale detektiert; - anhand des wenigstens einen Zeitversatzes wird der Aufprallort erkannt dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zeitversatz (Δt₁, Δt₂) aus den ersten beiden auftretenden Signalen bestimmt wird und das dritte Signal zur Plausibilisierung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Signal erzeugt wird, wenn das jeweilige Signal eine jeweilige Rauschschwelle (30) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Signal in Abhängigkeit von einer Signalform erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7 dadurch gekennzeichnet, dass die Signale nach ihrem Auftreten gewichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Signal über der Zeit summiert oder integriert wird und dass diese erste Summe oder dieses erste Integral für eine Massebestimmung eines Aufprallobjekts verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Signal über der Zeit zweimal summiert oder zweimal integriert wird und dass diese zweite Summe oder dieses zweite Integral zur Bestimmung einer Eindringtiefe des Aufprallobjekts in das Fahrzeug verwendet wird.