Stand der
TechnikState of
technology
Für
die Verbesserung von passiven Sicherheitssystemen in Kraftfahrzeugen
werden derzeit sogenannte Precrash Sensoren entwickelt, die unmittelbar
vor dem Aufprall mindestens eine bevorstehenden Aufprall erkennen
um den Nachteil der unpräzisen
Aufprallgeschwindigkeitsabschätzung
die, die rein beschleunigungsbasierten Airbagsysteme haben zu vermeiden.
Damit werden insbesondere die unteren Geschwindigkeitsbereiche definiert
bei denen keine der Rückhaltemaßnahmen
ausgelöst werden
soll. Die Auslösestrategie
der beschleunigungsbasierten Systeme wird nicht oder nur geringfügig beeinflußt.For
the improvement of passive safety systems in motor vehicles
So-called pre-crash sensors are currently being developed
Detect at least one impending impact before impact
to the disadvantage of imprecise
Impact speed estimation
avoid those that have purely acceleration-based airbag systems.
This defines the lower speed ranges in particular
where none of the restraint measures
to be triggered
should. The trigger strategy
the acceleration-based systems are not or only slightly influenced.
Beschreibung
der Erfindungdescription
the invention
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 6 beschrieben. Als Beispiel wird zunächst die Ausführung der
Erfindung für
einen Frontaufprall beschrieben. Entsprechend 1 ist im Fahrzeug 101 das Zentralsteuergerät 102 untergebracht,
das die Frontairbags 103 und 104, sowie die Gurtstrammer 105 und 106,
sowie den Fußgängerschutz 107 ansteuert.
Diese Systeme 103, 104, 105, 106 und 107 werden
in folgendem als Schutzmaßnahmen
definiert. Der Precrash-Sensor 108 ist z. B. im Stoßfängerbereich,
oder direkt an die Frontscheibe formschlüssig angebracht. Das Anbringen
des Precrash-Sensors 108 an die Frontscheibe hat mehrere Vorteile:
der Sensor ist witterungsgeschützt
im Innenraum, zur Überdeckung
der Frontkonturen des Fahrzeuges wird nur im horizontalen Winkel
von ca. 50° bis
60° benötigt, die Übertragung
des Körperschalls und
der Aufprallverzögerung
ist schnell und ohne große
Nebengeräusche.
Das Zentralsteuergerät 102 enthält einen
Sensorblock 109, der normalerweise die Verzögerung beim
Aufprall aufnimmt und diese über
einen Auslösealgorithmus
zu einem Geschwindigkeitsverlust umrechnet und nach dessen Bewertung
eine Auslösung
der Schutzmaßnahmen
bewirkt. Entsprechend 2 überwacht
der Precrash-Sensor 203 durch aktive und/oder passive elektromagnetische
Verfahren wie Lidar, Radar, Bildexplosion oder Stereobildverarbeitung
einen horizontalen Bereich 201, der in verschiedene Sektoren 202 unterteilt
ist. Im Precrash-Sensor 203 erfolgt die Signalakquisition und
Signalauswertung, außerdem
werden die Daten wie Annäherungsgeschwindigkeit 204,
die Objektausdehnung 205, der voraussichtliche Aufprallwinkel 206 und
der voraussichtliche Aufprallbereich 207 am Fahrzeug ermittelt.
Entsprechend 3 wird
der Sensorblock 109 in 1 erfindungsgemäß so umgestaltet,
daß er
entsprechend 301 ausgeführt
ist. Dabei wird die obere Frequenzgrenze des Aufnehmers 302 soweit
angehoben, daß auch
der durch den Aufprall entstehender Körperschall gemessen werden
kann. Passiert die Kombination aus Körperschall und Beschleunigung
das Tiefpassfilter 303, so kann die gemessene Beschleunigung
(Verzögerung) übertragen
werden. Wird die Beschleunigung im Block 304 integriert
erhält
man den aufgetretenen Geschwindigkeitsverust. Wird die Beschleunigung
in Block 305 nach einem Beschleunigungsschwellwert von
z. B. 10–40m/s2 auf integriert so erhält man eine kritische Geschwindigkeit,
die ihrerseits nach Überschreitung
von z. B. 2–3m/s
zur Auslösung
von Schutzmaßnahmen
verwendet werden kann wenn keine anderen Kriterien vorliegen. Der
Precrash-Sensor 310 ermittelt
aus den Annäherungsdaten 2 (204, 205, 206, 207)
zu einem Hindernis ein oder mehrere Prognosefenster 311 wann
durch den Aufprall, das Signal und in welcher Form es für die Kriterien
wie Körperschall 311a,
Beschleunigung 311b und Geschwindigkeit 311c zu
erwarten ist. Diese errechneten Vorhersagen für die jeweiligen Signale werden
in einem Korrelator mit den realen Signalen aus dem Sensorblock 301 verglichen.
Ist der Vergleich positiv, wird unmittelbar nach dem Auftreten der
ersten Signale dieses Ereignis zur Auslösung der Schutzmaßnahmen über die
entsprechenden Endstufen und Aktuatoren verwendet. Dabei müssen nicht
immer die Signale selbst mit der Prognose zusammen stimmen, es genügt auch
wenn mindestens eines der Signale mit der Prognose in Bezug auf
den Zeitpunkt ihres ersten Auftretens übereinstimmen und die Amplitude
des Signals einen bestimmten definierten Pegel überschreitet. In Weiterführung der Erfindung
erzeugt ähnlich
wie in 3 entsprechend 3a der Precrash-Sensor 310 Prognosefenster 315,
die z. B. für
den Körperschall 315a,
für die
Beschleunigung 315b und den Geschwindigkeitsverlust 315c wie
gezeichnet lediglich innerhalb einer Zeitspanne 316 auftreten
müssen
und einen vorgegebenen Pegel 317 je nach Polarität überschreiten
oder unterschreiten müssen.
Diese Überschreitung
innerhalb der Zeitspanne eines der Pegel in den Fenstern wird im
Korrelator 314 mit mindestens einem zugehörigen Signal
aus dem Sensorblock 301 verglichen und bei Übereinstimmung
die Entscheidung zur Auslösung
getroffen und die Endstufen der Schutzmaßnahmen 313 angesteuert.
Je nach Lage des Sensorblocks 301 im Fahrzeug und je nach
Fahrzeugkonstruktion und/oder Aufprallsituation kann auch in Precrash-Sensor 310 das
jeweilige Prognosefenster wie bisher beschrieben zusätzlich auch
in seiner zeitlichen Lage definiert werden wie in 3a die Zeitabstände von Startzeitpunkt 318, 319 und
320 symbolisieren.
Steht so ein Prognosefenster 315 über den Precrash-Sensor 310 durch
Umwelteinflüsse
oder Fehler nicht zur Verfügung,
wird über
eine Bewertung des Signals aus dem Block 305 eine Auslösung der Schutzmaßnahmen
wie bisher durch Integration der Beschleunigung nach einem Schwellwert
erfolgen. Durch die Nutzung der Erfindung kann beim Frontaufprall
entsprechend 4 bei einem
50km/h Crash eine Auslösezeit
von 5–8
ms gegenüber
25–30 ms
erreicht werden. 4 zeigt
auf der x-Achse 401 die Zeit von 0–50 ms nach Berührung während auf der
y-Achse 402 der Geschwindigkeitsverlust von 0–60 km/h dargestellt ist. Die
Hüllkurve 403 zeigt
einen typischen Geschwindigkeitsverlust wie er beim Anbringen des
Sensorblocks am Kardantunnel bei einem 50 km/h Crash auftritt. Die
Hüllkurve 403a zeigt einen
typischen Geschwindigkeitsverlust wie er beim Anbringen des Sensorblocks
an der Frontscheibe bei einem 50 km/h Crash auftritt. Herkömmliche
Airbag-Systeme lösen
erst bei 25–30
ms 405 aus, während
das erfindungsgemäße System
bereits bei 5–8 ms 404 auslöst und durch
die Korrelation der Prognosewerte mit den tatsächlichen Werten die gleiche
Sicherheit in der Auslöse-
und Nichtauslösefunktion aufweist
wie herkömmliche
Systeme. Betrachtet man die Verhältnisse
in Bezug auf den Geschwindigkeitsverlust beim Seitencrash, so kann
mit dem erfindungsgemäßen System
dabei bei der Auslösung
von Schutzmaßnahmen
wertvolle Zeit gespart werden. Dies ist in 5 dargestellt. Die x-Achse 501 stellt die
Zeit nach Berührung
von 0–50ms
dar, die y-Achse 502 den Geschwindigkeitsverlust von 0–60 km/h.
Die Hüllkurve 503 stellt
den Geschwindigkeitsverlust gemessen am Kardantunnel, die Hüllkurve 504 stellt den
Geschwindigkeitsverlust gemessen an der B-Säule dar. Herkömmliche
Sensoren würden
mit dem Sensor im Tunnelbereich bei 25–30ms 505, mit dem
Sensor in der B-Säule
bei 15–18ms 506 auslösen. Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung
ist eine Auslösung
mit dem Sensor im Tunnelbereich bei ca. 6–8ms 507 zu erwarten,
während
mit dem Sensor in der B-Säule
eine Auslösezeit
von 3–5ms 508 zu
erwarten ist. Zur Erhöhung
der Funktionalität
kann erfindungsgemäß nicht
nur die Form und der Zeitzusammenhang zwischen der Prognose durch
Precrash-Sensor und den realen Daten verglichen werden, sondern
auch die zeitliche Abfolge der verschiedenen Signale oder die zeitliche
Abfolge der an den verschiedenen Anbringungsorten gemessenen Signale.The invention is based on the 1 to 6 described. The embodiment of the invention for a front impact is first described as an example. Corresponding 1 is in the vehicle 101 the central control unit 102 housed the front airbags 103 and 104 , as well as the belt tensioner 105 and 106 , as well as pedestrian protection 107 controls. These systems 103 . 104 . 105 . 106 and 107 are defined below as protective measures. The pre-crash sensor 108 is z. B. in the bumper area, or directly attached to the front window. Attaching the pre-crash sensor 108 on the windshield has several advantages: the sensor is weatherproof in the interior, to cover the front contours of the vehicle is only required in a horizontal angle of approx. 50 ° to 60 °, the transmission of structure-borne noise and the impact deceleration is fast and without any large background noises. The central control unit 102 contains a sensor block 109 , who normally absorbs the delay in the event of an impact and converts this into a loss of speed using a triggering algorithm and, after evaluating it, triggers the protective measures. Corresponding 2 the pre-crash sensor monitors 203 a horizontal area through active and / or passive electromagnetic methods such as lidar, radar, image explosion or stereo image processing 201 that in different sectors 202 is divided. In the pre-crash sensor 203 the signal acquisition and signal evaluation takes place, in addition the data such as approach speed 204 who have favourited Object Extension 205 , the expected impact angle 206 and the expected impact area 207 determined on the vehicle. Corresponding 3 becomes the sensor block 109 in 1 redesigned according to the invention so that it accordingly 301 is executed. The upper frequency limit of the transducer 302 raised so far that the structure-borne noise caused by the impact can also be measured. If the combination of structure-borne noise and acceleration passes through the low-pass filter 303 , the measured acceleration (deceleration) can be transmitted. The acceleration in the block 304 integrated you get the loss of speed. The acceleration is in block 305 after an acceleration threshold of z. B. 10–40m / s 2 integrated so you get a critical speed, which in turn after exceeding z. B. 2–3m / s can be used to trigger protective measures if no other criteria are available. The pre-crash sensor 310 determined from the approximation data 2 ( 204 . 205 . 206 . 207 ) one or more forecast windows for an obstacle 311 when by the impact, the signal and in what form it meets the criteria such as structure-borne noise 311 , Acceleration 311b and speed 311c is to be expected. These calculated predictions for the respective signals are correlated with the real signals from the sensor block 301 compared. If the comparison is positive, this event is used to trigger the protective measures via the corresponding output stages and actuators immediately after the appearance of the first signals. The signals themselves do not always have to coincide with the prognosis, it is also sufficient if at least one of the signals coincides with the prognosis with regard to the time of their first occurrence and the amplitude of the signal exceeds a certain defined level. In a continuation of the invention generated similar to in 3 corresponding 3a the pre-crash sensor 310 forecast window 315 who z. B. for structure-borne noise 315 , for acceleration 315b and the loss of speed 315c as drawn only within a period of time 316 must occur and a predetermined level 317 must exceed or fall short depending on the polarity. This exceedance within the time period of one of the levels in the windows is reflected in the correlator 314 with at least one associated signal from the sensor block 301 compared and if there is agreement, the decision to trigger and the final stages of the protective measures 313 driven. Depending on the location of the sensor block 301 in the vehicle and depending on the vehicle construction and / or impact situation can also in pre-crash sensor 310 the respective forecast window can also be defined in terms of time as described in 3a the time intervals from the start time 318 . 319 and 320 symbolize. So there is a forecast window 315 via the pre-crash sensor 310 not available due to environmental influences or errors, the signal is evaluated from the block 305 the protective measures are triggered as before by integrating the acceleration according to a threshold value. By using the invention in the event of a frontal impact 4 in the case of a 50 km / h crash, a trigger time of 5–8 ms compared to 25–30 ms can be achieved. 4 shows on the x-axis 401 the time of 0-50 ms after touch while the speed loss of 0-60 km / h is shown on the y-axis 402. The envelope 403 shows a typical loss of speed as it occurs when attaching the sensor block to the gimbal in a 50 km / h crash. The envelope 403a shows a typical loss of speed as occurs when attaching the sensor block to the windscreen in a 50 km / h crash. Conventional airbag systems only release at 25-30 ms 405 off, while the system according to the invention already at 5-8 ms 404 triggers and, by correlating the forecast values with the actual values, has the same security in the trigger and non-trigger function as conventional systems. If one looks at the conditions in relation to the loss of speed in the event of a side crash, the system according to the invention can be used to save valuable time when triggering protective measures. This is in 5 shown. The x axis 501 represents the time after touching 0–50ms, the y-axis 502 the speed loss of 0-60 km / h. The envelope 503 represents the loss of speed measured at the gimbal, the envelope 504 represents the loss of speed measured on the B-pillar. Conventional sensors would with the sensor in the tunnel area at 25-30 ms 505 , with the sensor in the B-pillar at 15–18ms 506 trigger. In the arrangement according to the invention, triggering with the sensor in the tunnel area is approximately 6-8 ms 507 to be expected, while with the sensor in the B-pillar a tripping time of 3-5 ms 508 is to be expected. In order to increase the functionality, according to the invention not only the shape and the time connection between the prediction by the pre-crash sensor and the real data can be compared, but also the time sequence of the different signals or the time sequence of the signals measured at the different attachment locations.
Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in 6 dargestellt. Der Precrash-Sensor
Front 601 enthält
die Optik 602 für
den Empfänger 603 und
die Optik 604 für
den Mehrkanalsender 605. Dieses Mehrkanalsensorsystem ermittelt über die
Signalakquisition und Zeitsteuerung 606 die Entfernungen
in den gemäß 2 dargestellten einzelnen
Winkelsektoren. Der Mikroprozessor 607 errechnet daraus die
Annäherung
und z. B. Prognosefenster entsprechend 3, 311 und 3a, 315 für den Aufprall. Im Precrash-Sensor 601 selbst
ist ein eigener Sensorblock 608 eingebaut der in zwei Achsen
den Körperschall
und die Beschleunigung ermittelt und die Daten über die Signalaufbereitung 609 dem
Mikroprozessor 607 zur Verfügung stellt. Der Precrash-Sensor 601 enthält außerdem seine
eigene Stromversorgung und die Schnittstellen 610z. B. CAN
und/oder einen optischen Bus 612. Der Sensor wird mit der
Bordspannung 613 versorgt.Another embodiment of the invention is in 6 shown. The pre-crash sensor front 601 contains the optics 602 for the recipient 603 and the optics 604 for the multi-channel transmitter 605 , This multi-channel sensor system determines the signal acquisition and time control 606 the distances in accordance with 2 shown individual angle sectors. The microprocessor 607 calculates the approximation and z. B. Forecast window accordingly 3 . 311 and 3a . 315 for the impact. In the pre-crash sensor 601 itself is a separate sensor block 608 built-in which determines structure-borne noise and acceleration in two axes and the data via signal processing 609 the microprocessor 607 provides. The pre-crash sensor 601 also contains its own power supply and interfaces 610z , B. CAN and / or an optical bus 612 , The sensor is connected to the on-board voltage 613 provided.
Durch die Erzeugung der Prognosedaten
für Körperschall
und Beschleunigung im Sensor selbst und durch den Vergleich der
realen Daten aus dem Sensorblock 608 im Mikroprozessor 607 kann über eine
der Schnittstellen 612 oder 611 bereits eine Vorentscheidung
an die Endstufen für
Gurtstrammer für Front
und Seitenairbags direkt weitergegeben werden oder an die Zentraleinheit 615 die
ihre eigene Beschleunigungsmessung über den Beschleunigungssensorblock 616 durchführt und über einen
Algorithmus leitet, der zusammen mit der Algorithmusanpassung der
Auswertung und dem Selbsttest im Mikroprozessor 617 abgelegt
ist. Diese Zentraleinheit hat eine eigene Stromversorgung und Schnittstelle 618.
Die Precrash-Sensoren für
die Seiten Rechts 619 und Links 620 sind identisch
aufgebaut wie der Precrash-Sensor Front 601 und erzeugen aber
ihrer Funktion und Einbauanlage entsprechend angepasste Prognosefenster.
Wird der Precrash-Sensor Seite z. B. in der B-Säule eingebaut, so wird das
erste Körperschallsignal
und Beschleunigungssignal sehr viel früher zu erwarten sein, als wenn
dieser in der Querversteiffung unter dem Sitz eingebaut ist. Das
System entsprechend 6 kann sehr
viel mehr Schutz bieten als herkömmliche
Systeme dadurch dass es nicht nur durch die Bildung der Prognosefenster
schneller auswertet und reagiert sondern auch die Schutzmaßnahmen
je nach Aufprallgeschwindigkeit, Auftreffbereich und Unfallschwere
entsprechend ansteuern und auch einsetzen kann. Die Entscheidung über die
Korrelation von Prognosefenstern und tatsächlichen Signalen aus dem Sensorblock 608 im
Precrash-Sensor 601 wird über den optischen Bus 612 oder
CAN 611 an die Zentraleinheit 615 weitergegeben.
Bei sehr hohen zu erwartenden Auftreffgeschwindigkeiten kann der
jeweilige Precrash-Sensor (601, 619, 620) über seine mehrkanalige
Abstandsmessung und der Korrelation mit den Daten aus seinem eigenen
Sensorblock 608 eine Auslösung einer Schutzmaßnahme über eine seiner
Schnittstellen 611, 612 direkt bewirken.By generating the forecast data for structure-borne noise and acceleration in the sensor itself and by comparing the real data from the sensor block 608 in the microprocessor 607 can be through one of the interfaces 612 or 611 a preliminary decision can be passed on directly to the final stages for belt tensioners for front and side airbags or to the central unit 615 which make their own acceleration measurement via the acceleration sensor block 616 is carried out and routed via an algorithm which, together with the algorithm adaptation of the evaluation and the self-test in the microprocessor 617 is filed. This central unit has its own power supply and interface 618 , The pre-crash sensors for the right side 619 and links 620 have the same structure as the pre-crash sensor front 601 and generate forecast windows that are adapted to their function and installation system. If the pre-crash sensor side z. B. installed in the B-pillar, the first structure-borne noise signal and acceleration signal will be expected much earlier than if this was installed in the cross bracing under the seat. The system accordingly 6 can offer much more protection than conventional systems in that it not only evaluates and reacts faster by forming the forecast window, but can also control and use the protective measures depending on the impact speed, impact area and accident severity. The decision about the correlation of forecast windows and actual signals from the sensor block 608 in the pre-crash sensor 601 is over the optical bus 612 or CAN 611 to the central unit 615 passed. At very high impact speeds to be expected, the respective pre-crash sensor ( 601 . 619 . 620 ) about its multi-channel distance measurement and the correlation with the data from its own sensor block 608 triggering a protective measure via one of its interfaces 611 . 612 effect directly.
Neben der Entscheidung durch die
Precrash-Sensoren 601 oder 615 oder 620 eine
Auslösung
an das Zentralsystem 615 weitergegeben kann der jeweilige
Precrash-Sensor durch die bekannten Positionen der Precrash-Sensoren
und der Zentraleinheit 615 im Fahrzeug zusätzlich Prognosefenster
311 entsprechend 3 oder 315 entsprechend 3a an die Zentraleinheit 615 für die Signale
aus dem Beschleunigungssensorblock 616 vergeben, die dort
in Mikkoprozessor 617 korreliert werden und damit die Auslösung oder
Nichtauslösung
noch sicherer gestalten lassen.In addition to the decision made by the pre-crash sensors 601 or 615 or 620 a trigger to the central system 615 The respective pre-crash sensor can be passed on through the known positions of the pre-crash sensors and the central unit 615 Additional forecast window in the vehicle 311 corresponding 3 or 315 corresponding 3a to the central unit 615 for the signals from the accelerometer block 616 awarded that there in microprocessor 617 be correlated and thus make the triggering or non-triggering even safer.
Die Erfindung kann entsprechend 6 auch so ausgestaltet werden,
dass die Selbstfunktion für
das Gesamtsystem vom Mikroprozessor 617 in die jeweiligen
Mikroprozessoren 607 der einzelnen Precrash-Sensoren 601, 610, 619 und 620 implementiert
wird und die gesamte Zentraleinheit 615 damit entfällt und
die Endstufen für
die Gurtstrammer und Front- und Seitenairbags von den Precrash-Sensoren direkt angesteuert
werden.The invention can accordingly 6 can also be designed so that the self-function for the entire system by the microprocessor 617 into the respective microprocessors 607 of the individual pre-crash sensors 601 . 610 . 619 and 620 is implemented and the entire central unit 615 this eliminates and the final stages for the belt tensioner and front and side airbags can be controlled directly by the pre-crash sensors.