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Dokumentenidentifikation DE102004037016B4 12.10.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Feser, Michael, 93092 Barbing, DE;
Leirich, Oskar, 93098 Mintraching, DE
DE-Anmeldedatum 30.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004037016
Offenlegungstag 23.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2006
IPC-Hauptklasse B60R 21/013(2006.01)A, F, I, 20051110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60R 21/0136(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Fahrzeuginsassen-Schutzsystemen, insbesondere zur Steuerung von Airbags und Gurtstraffern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen dienen vorwiegend zur Optimierung der Rückhaltekraft verschiedener Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme sowie der zeitlichen Optimierung der Auslösung dieser Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme.

Stand der Technik

Verletzungen von Fahrzeuginsassen bei Unfällen resultieren in der Regel daher, dass die freie Masse der Fahrzeuginsassen weitgehend frei beweglich relativ zum Schwerpunkt des Fahrzeuges ist. Wird bei einem Unfall, insbesondere bei einem Aufprall auf ein Hindernis, das Fahrzeug abrupt abgebremst, so prallt, sofern keine Rückhaltesysteme eingesetzt werden, der sich noch weitgehend mit der ursprünglichen Geschwindigkeit des Fahrzeuges bewegende Körper eines Fahrzeuginsassen auf eine Innenfläche des Fahrzeugs, beispielsweise das Armaturenbrett oder das Lenkrad, auf.

Moderne Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme haben die Aufgabe, mittels geeigneter Sensoren derartige Unfälle zu erkennen und die Bewegung der Fahrzeuginsassen möglichst sanft, d. h. unter Minimierung der auftretenden Kräfte auf den menschlichen Körper, abzubremsen. Neben den "traditionellen" Sicherheitsgurten, welche zur Minimierung der wirkenden Spitzenkräfte bei einem Unfall zumeist mit Gurtstraffern ausgestattet sind, sind Airbags in ihren verschiedenen Ausgestaltungen (beispielsweise Frontairbags, Seitenairbags oder Kopfairbags) heute die wichtigsten Rückhaltesysteme. Airbags bestehen i. d. R. aus dünnem Nylongewebe und werden im Falle eines entsprechenden Aufpralls mittels eines Gasgenerators innerhalb einer Zeit von ca. 10 bis 40 ms (verglichen mit einer typischen Aufpralldauer von ca. 150 ms) zu einem Luftkissen aufgeblasen, welches den Aufprall des Körpers eines Fahrzeuginsassen dämpfen soll. Je nach Airbagtyp entweicht während oder nach dem Aufprall des Fahrzeuginsassen auf den Airbag die Gasfüllung über sogenannte "Vent Holes" (Lüftungslöcher) oder auch (in moderneren Airbags) über Ventile.

Bislang werden als Gasgeneratoren für Airbags sogenannte Zündpillen verwendet, welche nach einem ähnlichen Prinzip wie Feststoffraketen funktionieren und mittels einer chemischen Reaktion (beispielsweise der Reaktion von Natriumazid mit Kaliumnitrat) Gas (z. B. Stickstoff) freisetzen.

Modernere Gasgeneratoren und Airbags sind so ausgestaltet, dass mehrere "Zündstufen" gezündet werden können. So kann beispielsweise bei einem Aufprall mit relativ niedriger Geschwindigkeit lediglich die erste Stufe eines Airbags gezündet werden, wobei der Airbag zu einem kleinen, festen Luftkissen aufgeblasen wird. Bei einem schwereren Unfall wird (zusätzlich) die zweite Stufe mit einem größeren Airbagvolumen gezündet.

Diese "stufenweise" Zündung des Airbags wird jedoch in der nahen Zukunft ersetzt durch eine stufenlose Anpassung der Airbagfüllung an die Aufprallgeschwindigkeit. Zu diesem Zweck werden derzeit analoge, stufenlos regelbare Gasgeneratoren entwickelt.

Die bei einem Unfall auf einen Insassen einwirkenden Kräfte bzw. die Beschleunigung der freien Masse des Insassen können nur schwer direkt gemessen werden. Daher sind modernere Kraftfahrzeuge mit einer Reihe von Sensoren, insbesondere Bewegungs- und Beschleunigungssensoren, ausgestattet. So ist beispielsweise in das zentrale Airbagsteuergerät (Electronic Control Unit, ECU) ein Beschleunigungssensor integriert. Oft sind weitere Sensoren integriert im Frontbereich oder in den Seitenteilen des Fahrzeugs für die Messung der Beschleunigung in Fahrtrichtung oder auch quer zur Fahrtrichtung.

Die verschiedenen Rückhaltesysteme werden i. d. R. mittels geeigneter Computersysteme, zumeist so genannter eingebetteter Systeme (Echtzeitsysteme), welche meist einen Mikrocomputer enthalten, gesteuert. Diese Steuerungen (welche im folgenden vereinfacht als Airbag-Steuerung bezeichnet werden) verarbeiten die Signale der verschiedenen Sensoren und entscheiden danach mittels verschiedener bekannter Algorithmen (im einfachsten Fall durch Vergleich der Sensorsignale mit vorgegebenen Grenzwerten), ob bestimmte Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme ausgelöst werden sollen oder nicht. Weiterhin kann der optimale Zeitpunkt der Auslösung berechnet werden sowie, im Falle von stufenweise funktionierenden Rückhaltesystemen, welche Stufe jeweils ausgelöst werden soll.

An diese Airbag-Steuerungen werden extreme Anforderungen bezüglich der Geschwindigkeit der Rechenoperationen gestellt. So müssen typischerweise innerhalb von weniger als 30 Mikrosekunden nach Beginn eines Aufpralls die entsprechenden Entscheidungen getroffen worden sein. Die in typischen Echtzeitsystemen für Airbag-Steuerungen zur Verfügung stehenden Hardwareressourcen sind jedoch vergleichsweise gering: Typischerweise werden beispielsweise 32 bit-Prozessoren mit einer Taktfrequenz von 32 MHz und einem Arbeitsspeicher von 4–6 kByte eingesetzt. Aufgrund der enormen Echtzeitanforderungen kommt daher einer Optimierung der entsprechenden Algorithmen bei der Airbag-Steuerung eine besondere Bedeutung zu.

In der EP 0 675 819 B2 wird ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuginsassen-Schutzsystems beschrieben, welches bei einem genügend starken Unfall das Schutzsystem auslöst. Eine Steuereinheit enthält mehrere Sensoren sowie eine Recheneinheit, welche während eines Unfalles anhand der Sensorsignale einen oder mehrere, den Unfallverlauf charakterisierende ISTwerte berechnet. Durch Vergleich der ISTwerte mit zugeordneten Auslöseschwellwerten wird entschieden, welche Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme wie angesteuert werden. Dabei sind die Auslöseschwellwerte selbst vom Momentanwert der ISTwerte abhängig und werden ständig neu berechnet. Als charakteristische ISTwerte werden verschiedene Kenngrößen verwendet, wie beispielsweise ein aktueller Verzögerungsmittelwert oder ein partieller Geschwindigkeitsverlust.

In der DE 199 09 538 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung der Auslösung eines Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystems beschrieben sowie ein hieran angepasstes Insassenschutzsystem. Bei dem Verfahren wird bei einem Unfall die Unfallart bestimmt, also z. B. ob es sich um einen Frontalaufprall auf eine starre Wand, ein Aufprall auf ein starres Hindernis mit Teilüberdeckung, um einen Aufprall in einem spitzen Winkel oder einen Aufprall auf ein deformierbares Hindernis mit Teilüberdeckung ("Offset Deformable Barrier", ODB) handelt. Sofern aus den Signalverläufen der Sensorsignale nicht eindeutig auf eine bestimmte Unfallart geschlossen werden kann, wird ein Wahrscheinlichkeitswert gebildet, der die Wahrscheinlichkeit widerspiegelt, mit der ein Unfall zu einem bestimmten Unfalltyp gehört. Der Auslösealgorithmus für die Auslösung des Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystems wird entsprechend dem erkannten Unfalltyp angepasst.

Die DE 100 59 426 A1 schlägt ein Verfahren zur Auslösung von Rückhaltemitteln in einem Kraftfahrzeug vor, bei welchem unabhängig voneinander die Ermittlung einer Unfallschwere und eine Insassenklassifikation durchgeführt wird. Durch eine Verknüpfung der Unfallschwere mit der Insassenklassifizierung werden die für den Fahrzeuginsassen notwendigen Rückhaltemittel ausgelöst. Die Unfallschwere wird nach den Auslöseereignissen Frontaufprall, Seitenaufprall, Heckaufprall oder Fahrzeugüberschlag eingeteilt.

Die in der DE 101 07 272 A1 beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Fahrzeuginsassenrückhaltesystemen, bei dem mittels einer Auswerteeinheit aus den von Sensoren erfassten Daten der Abstand und die Relativgeschwindigkeit eines Hindernisses in Bezug auf das eigene Fahrzeug ermittelt wird und bei Unterschreitung eines Grenzwertes, bei dem ein Aufprall des Fahrzeuges auf das Hindernis als unvermeidlich erkannt wird, die Fahrzeuginsassenrückhaltesysteme aktiviert werden. Dabei können die Fahrzeuginsassenrückhaltesysteme in Abhängigkeit von einem vorausermittelten Unfallschweregrad mit unterschiedlichen Größen derart aktiviert werden, dass die auf die Fahrzeuginsassen einwirkenden Rückhaltekräfte entsprechend dem ermittelten Unfallschweregrad eingestellt werden.

In der DE 198 16 989 A1 wird ein Verfahren zur Auslösung eines zweistufigen Airbag-Gasgenerators in einem Kraftfahrzeug beschrieben, bei welchem ein Beschleunigungssignal gemessen, aufbereitet und hinsichtlich der Unfallschwere gemäß eines ersten Bewertungsverfahrens bewertet wird. Dabei wird in Abhängigkeit von der ermittelten Unfallschwere eine Auslöseentscheidung für die Auslösung einer ersten Stufe des Gasgenerators getroffen. In Abhängigkeit von der ermittelten Unfallschwere kann durch ein zweites Bewertungsverfahren entschieden werden, dass auf der Grundlage vorgegebener Auslösebedingungen eine Auslöseentscheidung zur Zündung der zweiten Stufe des Gasgenerators getroffen wird.

Die in der DE 102 12 963 beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ansteuerung von insbesondere reversibel ansteuerbaren Rückhaltemitteln für Personen in einem Sitz in einem Fahrzeug bei der Erfassung einer Situation, bei der mit einer Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt zu rechnen ist. Um bei einfachem Aufbau eine sichere, d. h. rechtzeitige und weitgehend fehlerfreie, Ansteuerung sowohl der reversibel als auch der irreversibel ansteuerbaren Rückhaltemittel zu ermöglichen, wird der Abstand des Fahrzeuges von dem Objekt kontinuierlich erfasst. Der erfasste Abstand und die statistisch ermittelten und hinsichtlich der jeweiligen Unfallschwere klassifizierten entsprechenden Unfalldaten werden miteinander verglichen, sodass abhängig von dem Vergleichsergebnis auf die Unfallschwere einer möglichen bevorstehenden Kollision zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt geschlossen wird.

Die in der DE 101 23 921 C1 beschriebene Erfindung betrifft ein Insassenrückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Sicherheitsgurt und einer Gurtkraftbegrenzungsvorrichtung, bei welcher das Rückhaltekraftniveau durch ein Steuersignal veränderbar ist. Die Gurtkraftbegrenzungsvorrichtung wird durch ein Steuersignal dann von einem niedrigeren Rückhaltekraftniveau auf ein höheres Rückhaltekraftniveau geschaltet, wenn von einer Gefährdungsermittlungsstufe ermittelt wird, dass eine Gefährdung des Insassen in Gestalt eines möglichen Aufpralls des Insassen auf ein vor ihm befindliches Fahrzeuginnenraumbauteil vorliegt.

Die bekannten und die beschriebenen Verfahren und Algorithmen zur Steuerung von Insassenschutzsystemen weisen verschiedene Nachteile auf.

Viele dieser Verfahren basieren auf einer Art Mustererkennung, wobei für den Unfall charakteristische Kenngrößen in ihrem Verlauf analysiert werden und dann aufgrund ihrer "Ähnlichkeit" mit vorgegebenen Verläufen die entsprechenden Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme gesteuert werden. Derartige Algorithmen erfordern enormen Speicher- und Zeitaufwand und sind in typischen Echtzeitsystemen daher häufig nicht praktikabel.

Weiterhin müssen bei den bekannten Verfahren die Auslösealgorithmen jeweils stark an das jeweilige Kraftfahrzeug und an die darin vorhandenen Sensortypen angepasst werden. Dies erfordert zahlreiche Neuentwicklungen für neue Kraftfahrzeugtypen. Vorteilhaft wäre hingegen ein generischer Algorithmus, an den neue Sensor- und Fahrzeugtypen leicht und ohne größere Modifikation von Algorithmen oder Parametern integriert werden können.

Zudem generieren die bekannten Algorithmen meist nur digitale Entscheidungen, also Entscheidungen darüber, ob (und ggf. wann) bestimmte Schutzsysteme ausgelöst werden sollen. Für die Steuerung analoger Schutzsysteme, bei denen die Schutzwirkung stufenlos eingestellt werden kann, sind derartige Algorithmen nicht geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen anzugeben, welche leicht den Bedingungen am und im Kraftfahrzeug angepasst werden sollen. Weiterhin soll auch die Steuerung analoger Schutzsysteme ermöglicht werden.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es wird ein Verfahren zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen in einem Kraftfahrzeug bei einem Unfall vorgeschlagen. Weiterhin wird eine Anordnung vorgeschlagen, mit welcher das vorgeschlagene Verfahren in einer seiner beschriebenen Varianten umgesetzt werden kann.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren erfassen ein oder mehrere Sensoren eine oder mehrere vorgegebene physikalische Messgrößen, insbesondere eine Beschleunigung parallel und/oder quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder ein Drucksignal und/oder Körperschall und/oder eine Deformation des Kraftfahrzeugs als Funktion einer ersten Fortschrittsvariablen. Aus diesen physikalischen Messgrößen wird ein gemeinsamer Unfallschwerefaktor berechnet, welcher die bei dem Unfall auftretende Verletzungsschwere eines Kraftfahrzeuginsassen charakterisiert. Entsprechend dem Wert des gemeinsamen Unfallschwerefaktors werden die Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme gesteuert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Verfahren zusätzlich folgende Schritte auf, wobei die Schritte nicht notwendig in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden müssen und wobei auch zusätzliche Verfahrensschritte, die hier nicht genannt sind, durchgeführt werden können. Die Durchführung der angegebenen Verfahrensschritte kann zeitlich auch überlappen.

Zunächst werden aus der bzw. den physikalischen Messgrößen ein oder mehrere charakteristische Kriterien abgeleitet. Diese charakteristischen Kriterien werden als Funktion einer zweiten Fortschrittsvariablen mit einem oder mehreren Schwellwerten als Funktion derselben zweiten Fortschrittsvariablen verglichen. Die Differenz dieser beiden Funktionen wird über ein vorgegebenes Intervall der zweiten Fortschrittsvariablen integriert, wobei die Ergebnisse dieser Integration unfalltypische Haupt- und Nebenterme bilden.

Mittels einer oder mehrerer logischen Verknüpfungen von Nebentermen werden eine oder mehrere unfallcharakteristische Bedingungen abgeleitet. Abhängig von den unfallcharakteristischen Bedingungen wird dann aus einem oder mehreren bekannten Zusammenhängen zwischen dem bzw. den Haupttermen und einer Verletzungsschwere für jeden Hauptterm ein Unfallschwerefaktor abgeleitet.

Aus den ermittelten Unfallschwerefaktoren wird abhängig von den unfallcharakteristischen Bedingungen der gemeinsame Unfallschwerefaktor als Funktion einer dritten Fortschrittsvariablen ermittelt.

Bei den charakteristischen Kriterien kann es sich um eine Reihe verschiedener Kriterien handeln, welche teilweise eine anschauliche physikalische Bedeutung haben. Beispiele für derartige charakteristische Kriterien sind in der EP 0 675 819 B2 beschrieben. So kann beispielsweise aus einer über einen gewissen Zeitverlauf hinweg gemessenen Beschleunigung durch Mittelung über eine vorgegebene Anzahl von Messwerten eine "aktuelle Verzögerungsmittelwert"-Funktion bestimmt werden. Auch eine seit dem Startzeitpunkt des Unfalls (welcher beispielsweise durch einen plötzlichen Anstieg einer gemessenen Verzögerung charakterisiert bzw. detektiert werden kann) eingetretene "aktuelle Geschwindigkeitsverlust"-Funktion kann durch Integration des gemessenen Beschleunigungssignals bestimmt werden. Weiterhin kann auch über kürzere Zeiten integriert werden. Außerdem kann eine sogenannte "Acceleration Rise"-Funktion ermittelt werden, welche die zeitliche Änderung der Beschleunigung charakterisiert, sowie eine "Signaldynamik"-Funktion, welche beispielsweise Oszillationen der Beschleunigung innerhalb eines bestimmten Spektralbereichs charakterisiert. Hierbei kann, wo der Terminus "Zeit" verwendet wird, analog auch eine weitere Fortschrittsvariable verwendet werden.

Bei der bzw. den Fortschrittsvariablen handelt es sich i. d. R. um eine Zeitvariable, beispielsweise um die interne Zeit ("Clock") eines Mikrocomputers eines Airbag-Steuerungsgeräts. Auch andere periodische Signale, beispielsweise Signale, welche aus einem Signal der Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs abgeleitet sind, lassen sich einsetzen. Es kann sich jedoch auch um andere Arten von Fortschrittsvariablen handeln, welche charakteristisch sind für das Stadium des Unfalls, in welchem sich das Kraftfahrzeug befindet. So kann beispielsweise auch eine gemessene Deformation des Kraftfahrzeuges oder von Teilen des selben als Fortschrittsvariable eingesetzt werden. Bei der erwähnten ersten, zweiten und dritten Fortschrittsvariablen muss es sich nicht notwendigerweise um verschiedene Fortschrittsvariablen handeln, es kann beispielsweise auch in jedem Fall eine Zeit als Fortschrittsvariable eingesetzt werden.

Vor Ableitung der charakteristischen Kriterien ist es vorteilhaft, die erfassten physikalischen Messgrößen einer Signalverarbeitung zu unterziehen. Insbesondere bietet sich dabei eine Frequenzfilterung an sowie eine Mittelwertbildung über jeweils mehrere Messwerte. So kann beispielsweise eine physikalische Messgröße mit einer Abtastrate von 4 kHz erfasst und anschließend durch Frequenzfilterung in ein Signal mit einer Abtastrate von 1 kHz umgewandelt werden. Auch die Kombination mehrerer verschiedener Signalverarbeitungsschritte ist denkbar. Insbesondere bietet sich auch an, bei der Signalverarbeitung die Kenntnisse über strukturmechanische Größen des Kraftfahrzeugs einfließen zu lassen, beispielsweise bekannte Eigenfrequenzen oder die Steifheit und Verformbarkeit des Kraftfahrzeugs in verschiedenen Raumrichtungen. So lassen sich beispielsweise Artefakte infolge von Eigenschwingungen des Kraftfahrzeugs eliminieren oder verringern, indem z. B. die charakteristischen Eigenfrequenzen des Kraftfahrzeugs durch Frequenzfilterung in den erfassten physikalischen Messgrößen unterdrückt werden. Erst nach dieser "Bereinigung" der physikalischen Messgrößen werden aus dem bzw. den bereinigten Signalen das bzw. die charakteristischen Kriterien abgeleitet.

Bei der Integration der Differenz der charakteristischen Kriterien und der jeweiligen Schwellwertfunktionen über ein vorgegebenes Intervall der zweiten Fortschrittsvariablen kann sinngemäß auch eine Integration über den Betrag dieser Differenz durchgeführt werden oder eine bedingte Integration, bei der beispielsweise nur integriert wird, wenn die Schwellwertfunktion oberhalb oder unterhalb des charakteristischen Kriteriums verläuft. Das jeweilige Intervall der zweiten Fortschrittsvariablen, über welches integriert werden soll, muss nicht fest vorgegeben sein, sondern kann auch der Unfallsituation angepasst werden oder auch von anderen Kriterien abhängen. So kann beispielsweise ein charakteristisches Kriterium auch nur bis zu einem bestimmten Wert der zweiten Fortschrittsvariablen berechnet werden, und die Integration erfolgt lediglich bis zu diesem Wert. Weiterhin kann dieses Intervall auch beispielsweise genau eine Einheit betragen, was im Ergebnis zur Differenzbildung der charakteristischen Kriterien und der jeweiligen Schwellwertfunktionen für einen bestimmten Wert der zweiten Fortschrittsvariablen führt.

Ein wesentlicher Vorteil des Vergleichs zwischen den charakteristischen Kriterien und den Schwellwertfunktionen in Form einer Integration der Differenz dieser Funktionen liegt darin, dass diese Art des Vergleichs wenig anfällig ist gegenüber statistischen Schwankungen (Rauschen) der charakteristischen Kriterien sowie gegenüber Verschiebungen der zweiten Fortschrittsvariablen.

Die Klassifizierung der durch diese Integration ermittelten Terme in Haupt- und Nebenterme muss nicht notwendigerweise eindeutig sein. So kann ein bestimmter Term für eine logische Verknüpfung und die Prüfung auf Vorliegen einer ersten unfallcharakteristischen Bedingung Nebenterm sein, für eine andere logische Verknüpfung und die Prüfung auf Vorliegen einer zweiten unfallcharakteristischen Bedingung (UB) jedoch Hauptterm.

So könnte eine einfache logische Verknüpfung beispielsweise lauten:

"Wenn Term1 + 2·Term2 < Term3, dann UB1 = TRUE,

Sonst: UB1 = FALSE"

Nur wenn die unfallcharakteristische Bedingung UB1 den Wert "TRUE" annimmt, wird dann aus dem bzw. den bekannten Zusammenhängen zwischen dem der unfallcharakteristischen Bedingung UB1 zugeordneten Hauptterm und einer Verletzungsschwere ein Unfallschwerefaktor abgeleitet. Aus diesen Unfallschwerefaktoren kann dann beispielsweise durch Bildung eines gewichteten Mittelwertes ein gemeinsamer Unfallschwerefaktor abgeleitet werden. Die Wichtungsfaktoren für diese Mittelwertbildung können beispielsweise wiederum aus bestimmten unfallcharakteristischen Bedingungen ermittelt werden.

Es bietet sich alternativ auch an, als unfallcharakteristische Bedingungen keine einfachen "TRUE-FALSE-Bedingungen" einzusetzen, sondern "weiche" Bedingungen wie z. B. Fuzzy Logic und/oder der Einsatz von neuronalen Netzen. Je nachdem, wie "gut" bestimmte Bedingungen erfüllt sind (z. B. "Bedingung UB1 ist zu 90% erfüllt"), wird den zugeordneten Haupttermen eine bestimmte Signifikanz zugewiesenen. Da nun nicht mehr "hart" zwischen "TRUE" und "FALSE" hin- und hergeschaltet wird, lässt sich auf diese Weise insbesondere auch ein stetiger Verlauf des gemeinsamen Unfallschwerefaktors als Funktion einer dritten Fortschrittsvariablen sicherstellen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als gemeinsamer Unfallschwerefaktor der sogenannte Injury Severity Index (IrSiX) verwendet wird. Dieser stellt einen gewichteten Mittelwert der Verhältnisse der Belastungen vorgegebener Körperpartien ("Load Value") zu einer maximalen Belastung ("Load Limit") dieser Körperpartien dar:

Dabei wird die Summe über alle relevanten Körperpartien gebildet, welche jeweils unterschiedlich gewichtet werden (wi). Die Tatsache, dass die jeweiligen Belastungen unterschiedliche physikalische Einheiten haben (beispielsweise Kräfte und Momente, die auf den Hals wirken, Beschleunigung des Kopfes etc.) wird durch Bezugnahme auf die jeweils zulässigen maximalen Belastungen ausgeglichen.

Der IrSiX ist eine auch bei Crashtests häufig verwendete und experimentell ermittelbare Größe, so dass der durch den beschriebenen Algorithmus ermittelte gemeinsame Unfallschwerefaktor experimentell überprüft werden kann. Auf diese Weise lässt sich durch entsprechende Änderung der Parametrisierung der Algorithmus kalibrieren und den tatsächlichen Gegebenheiten, also der Verletzungsschwere bei einem Unfall anpassen.

Entsprechend dem Wert des gemeinsamen Unfallschwerefaktors können auch Informationen über den Unfall an eine Notfallzentrale übermittelt werden. So kann beispielsweise, falls der gemeinsame Unfallschwerefaktor einen bestimmten Wert überschreitet, automatisch ein Funksignal an einen Rettungsdienst abgeschickt werden, welches Informationen beispielsweise über die Unfallschwere, den Ort des Unfalls (z. B. ermittelt über ein GPS-Signal) und die Anzahl der betroffenen Kraftfahrzeuginsassen abschickt.

Der bzw. die Zusammenhänge zwischen dem bzw. den Haupttermen und der Unfallschwere lassen sich besonders vorteilhaft aus Simulationsrechnungen, insbesondere FE- oder Starrkörpersimulationen, ableiten. Vorteilhafterweise werden diese Zusammenhänge in einer Matrix oder einer "Lookup-Table" hinterlegt. Dabei können die Zusammenhänge diskretisiert, d. h. in Wertebereich-Intervalle eingeteilt werden. Diese Hinterlegung hat den Vorteil, dass keine erneuten Rechenoperationen durchgeführt werden müssen, was wiederum die knappen Ressourcen in Echtzeitsystemen schont und den Algorithmus erheblich beschleunigt.

Der gemeinsame Unfallschwerefaktor wird zur Steuerung der vorhandenen Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme genutzt. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass es sich bei dem gemeinsamen Unfallschwerefaktor um eine "analoge" Größe, also eine Funktion einer dritten Fortschrittsvariablen mit zumindest teilweise kontinuierlichem Wertebereich handelt. Dies erlaubt verschiedene Varianten der Steuerung der Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme. So können beispielsweise durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellwertfunktionen (welche nicht notwendig konstant sein müssen, sondern auch mit dem Wert der dritten Fortschrittsvariablen variieren können) eine oder mehrere "digitale" Entscheidungen für jedes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem getroffen werden. Beispielsweise kann bei Überschreiten eines ersten Schwellwertes die erste Stufe eines Airbags gezündet werden, bei Überschreiten eines zweiten Schwellwertes die zweite Stufe. Alternativ kann jedoch der gemeinsame Unfallschwerefaktor auch zur analogen Steuerung genutzt werden. So kann beispielsweise ein Gurtkraftbegrenzer auf die Unfallschwere eingestellt werden. Oder bei Airbags mit analogem Gasgenerator kann das Aufblasverhalten analog durch den gemeinsamen Unfallschwerefaktor gesteuert werden.

Neben der Entscheidung, ob ein bestimmtes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem bei dem jeweiligen Unfall eingesetzt wird, ist auch die Entscheidung über den jeweiligen optimalen Auslösezeitpunkt von entscheidender Bedeutung. Wiederum ist dabei der Begriff "Zeitpunkt" nicht notwendigerweise wörtlich als "Zeit" zu verstehen, sondern es kann sich wiederum um eine der oben beschriebenen Fortschrittsvariablen handeln.

Zum Zweck der Bestimmung des optimalen Auslösezeitpunkts kann der beschriebene Algorithmus erweitert werden durch Verfahrensschritte, bei denen aus entsprechenden Sensorsignalen (beispielsweise der gemessenen Beschleunigung bzw. Verzögerung beim Unfall) die wahrscheinlichste Position eines Fahrzeuginsassen als Funktion einer Fortschrittsvariablen für eine vorgegebenes Intervall der Fortschrittsvariablen im Voraus berechnet wird. Dementsprechend kann dann vorhergesagt werden, zu welchem Zeitpunkt die Position eines Fahrzeuginsassen einen bestimmten vorgegebenen Schwellwert oder eine (nicht notwendigerweise konstante) Schwellwertfunktion erreicht oder überschreitet. Daraus lässt sich für jedes Fahrzeuginsassen-Schutzsystem der optimale Zeitpunkt für die Auslösung berechnen.

Der Zusatzalgorithmus zur Bestimmung der optimalen Auslösezeitpunkte lässt sich beispielsweise durch eine oder mehrere logische Verknüpfungen mit dem oben beschriebenen Algorithmus zur Beantwortung der Frage, ob die jeweiligen Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme ausgelöst werden sollen, verknüpfen. So kann beispielsweise aus dem gemeinsamen Unfallschwerefaktor abgeleitet worden sein, dass die erste Stufe eines Airbags gezündet werden soll. Erst wenn der Zusatzalgorithmus zur Bestimmung des optimalen Auslösezeitpunkts der ersten Stufe des Airbags meldet, dass der optimale Auslösezeitpunkt erreicht ist, wird diese erste Stufe dann tatsächlich gezündet (einfache logische "UND"-Verknüpfung).

Neben dem Zusatzalgorithmus zur Bestimmung der optimalen Auslösezeitpunkte lassen sich auch noch weitere Zusatzalgorithmen mit dem oben beschriebenen Algorithmus verknüpfen. So kann beispielsweise zusätzlich ein "Safing/Plausibility"-Algorithmus logisch mit dem bzw. den beschriebenen Algorithmen verknüpft werden, welcher beispielsweise die physikalischen Messgrößen, insbesondere die von einem oder mehreren Sensoren gemessene Beschleunigung, einer Plausibilitätsuntersuchung unterzieht, durch welche beispielsweise Fehlfunktionen des bzw. der Sensoren erkannt werden können. Auch Fehlfunktionen im Computersystem können (beispielsweise durch eine parallele Vergleichsrechnung) erkannt werden. Wird eine derartige Fehlfunktion erkannt, so kann beispielsweise durch eine logische Verknüpfung mit den anderen Algorithmen eine Auslösung bestimmter Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme verhindert werden.

Weiterhin kann das Verfahren auch so modifiziert werden, dass beispielsweise das Gewicht und/oder die augenblickliche Position eines Fahrzeuginsassen berücksichtigt werden. Diese Informationen lassen sich in modernen Kraftfahrzeugen beispielsweise durch Auswertung von Sensoren im Sitz oder Auswertung von Innenraumkameras gewinnen. Befindet sich beispielsweise ein Fahrzeuginsasse zum Zeitpunkt eines Aufpralls dicht vor dem Armaturenbrett, so kann es Sinn machen, den entsprechenden Airbag gar nicht oder nur sehr schwach zu zünden. Auch das Gewicht des Fahrzeuginsassen kann diese Entscheidung beeinflussen. Entsprechend haben Informationen über die Position und das Gewicht des Fahrzeuginsassen auch Einfluss auf die Berechnung des optimalen Auslösezeitpunkts eines bestimmten Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystems.

Die genannten Informationen über die Position und das Gewicht eines Fahrzeuginsassen können auf verschiedene Weise in dem beschriebenen Verfahren berücksichtigt werden. So können die genannten Informationen beispielsweise in die Ableitung der unfallcharakteristischen Bedingungen aus den Nebentermen einfließen. Beispielsweise kann eine bestimmte unfallcharakteristische Bedingung, wenn sich ein Fahrzeuginsasse zu dicht vor dem Armaturenbrett befindet, automatisch auf "FALSE" gesetzt werden.

Weiterhin können die genannten Informationen auch in die Zusammenhänge zwischen den Haupttermen und der Unfallschwere einfließen. So können die genannten Simulationsrechnungen beispielsweise für verschiedene Positionen und Insassengewichte durchgeführt werden. In diesem Fall werden die Zusammenhänge zwischen den Haupttermen und der Unfallschwere beispielsweise in mehrdimensionalen Matrizen hinterlegt, wobei eine zusätzliche Dimension für das Insassengewicht und eine weitere zusätzliche Position für die Insassenposition eingeführt wird.

Als dritte Möglichkeit können die genannten Informationen auch direkt in die Art der Steuerung der Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme einfließen, So kann beispielsweise direkt die Auslösung eines Airbags verhindert werden, wenn sich ein Insasse zu dicht vor dem Armaturenbrett befindet.

Das beschriebene Verfahren in einer seiner Varianten bietet gegenüber herkömmlichen Algorithmen zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen zahlreiche Vorteile. So basiert das Verfahren auf messbaren physikalischen (mechanischen) Größen und nicht, wie oben beschrieben, auf einer Mustererkennung. Dies spart kostbare Rechenzeit und Ressourcen. Zusätzliche Informationen, wie beispielsweise Insassengewicht oder Insassenposition, lassen sich leicht in den Algorithmus integrieren. Auch neue Sensorinformationen lassen sich leicht verarbeiten ohne dass der Algorithmus geändert werden muss. Dies erleichtert eine Anpassung auf verschiedene Fahrzeugtypen.

Weiterhin wird sich, insbesondere in zukünftigen Fahrzeuginsassen-Schutzsystemen, die analoge Natur des gemeinsamen Unfallschwerefaktors bei der analogen Steuerung entsprechender Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme positiv bemerkbar machen. Die analoge Natur verringert bereits jetzt den Rechenaufwand bei der Entscheidung über die Auslösung verschiedener Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme erheblich. Alle Entscheidungen basieren auf ein und demselben gemeinsamen Unfallschwerefaktor, welcher für die einzelnen Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme lediglich mit verschiedenen Schwellwerten verglichen werden muss. Die Speicherung neuer Schwellwerte benötigt jedoch verschwindend geringe Ressourcen eines Mikrocomputers, so dass nun praktisch eine unbegrenzte Anzahl von Schwellwerten verwendet werden kann.

Die Adaption des beschriebenen Algorithmus auf neue Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme macht also i. d. R. lediglich eine Änderung der beschriebenen Schwellwerte erforderlich. Ggf. ist zusätzlich auch der hinterlegte Zusammenhang zwischen den Haupttermen und der Unfallschwere (also beispielsweise eine einfache Matrix) anzupassen. Auch dies ist im Vergleich zu der in früheren Algorithmen erforderlichen komplett neuen Anpassung des Algorithmus ein verschwindend geringer Aufwand.

Auch die Tatsache, dass die optimalen Auslösezeitpunkte für die einzelnen Fahrzeuginsassen-Schutzsysteme unabhängig von der Berechnung des gemeinsamen Unfallschwerefaktors berechnet werden, macht sich positiv bemerkbar. Wiederum erleichtert dies eine Anpassung auf verschiedene Fahrzeugtypen sowie die Verarbeitung neuer zusätzliche Informationen, wie beispielsweise Insassengewicht oder Insassenposition. Auch eine auf verschiedene Computersysteme verteilte Berechnung ist denkbar.

Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.

Weiterhin gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.

Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.

Auch gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.

Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.

Schließlich gehört zum Umfang der Erfindung ein moduliertes Datensignal, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche enthält.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:

1 eine schematische Darstellung der Ermittlung charakteristischer Kriterien aus physikalischen Messgrößen und die Bildung unfalltypischer Terme;

2 eine schematische Darstellung einer Ableitung von Unfallschwerefaktoren aus den unfalltypischen Termen sowie eine Ermittlung eines gemeinsamen Unfallschwerefaktors und der Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten;

3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Berechnung von Zusammenhängen zwischen unfalltypischen Termen und einer Verletzungsschwere;

4 eine schematische Darstellung der logischen Verknüpfung eines Verfahrens zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen, eines Verfahrens zur Berechnung optimaler Auslösezeitpunkte und eines Sicherungsalgorithmus.

In 1 ist schematisch dargestellt, wie aus physikalischen Messgrößen 110 (welche hier als "Input Signals 4 KHz" bezeichnet sind) in mehreren Schritten unfalltypische Terme 112 (in diesem Beispiel Term 1 bis Term 8) abgeleitet werden. Die dazu erforderlichen Verfahrensschritte sind in die Abschnitte Signalverarbeitung 114 (hier "Input Data Filtering"), Kriterienbildung 116 (hier "Calculation of Measures"), Kriterienauswertung 118 (hier: "Evaluation of Measures") und Termbildung 120 (hier: "Terms") unterteilt.

Im ersten Verfahrensschritte 114 wird zunächst das bzw. die physikalischen Messgrößen 110 gefiltert. Es handelt sich in diesem einfachen Beispiel um das Signal eines Beschleunigungssensors. Bei der Signalverarbeitung 114 wird dieses Eingangssignal 110, welches mit einer Abtastrate von 4 kHz aufgenommen wird, durch Frequenzfilterung (Tiefpass) in ein aufbereitetes Beschleunigungssignal 122 als Funktion der Zeit umgewandelt, welches eine Abtastrate von nur noch 1 kHz aufweist.

Anschließend werden in Schritt 116 aus diesem aufbereiteten Beschleunigungssignal vier unfallcharakteristische Kriterien berechnet, nämlich die Fenstergeschwindigkeit 126 (hier: "Window Velocity"), die differentielle Geschwindigkeit 128 (hier: "Delta Velocity"), der Beschleunigungsanstieg 130 (hier: "Acceleration Rise") und die Signaldynamik 132 (hier: "Signal Dynamik"). Diese Größen sind hier jeweils als Funktion der Zeit (als Beispiel einer Fortschrittsvariablen) schematisch dargestellt.

Die Fenstergeschwindigkeit 126 ergibt sich durch Integration des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122 über eine vorgegebene Zeitspanne. Die differentielle Geschwindigkeit 128 berechnet sich ähnlich, jedoch durch Integration über eine im Vergleich zur Berechnung der Fenstergeschwindigkeit 126 kürzere vorgegebene Zeitspanne.

Der Beschleunigungsanstieg 130 stellt den Betrag der Ableitung des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122 als Funktion der Zeit dar. Die Signaldynamik 132 ist das Ergebnis einer spektralen Zerlegung des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122. Die Signaldynamik 132 ist proportional zur Oszillationsamplitude des aufbereiteten Beschleunigungssignals 122 innerhalb eines bestimmten, vorgegebenen Spektralbereichs.

Die so berechneten charakteristischen Kriterien werden dann in Schritt 118 mit vorgegebenen Schwellwertfunktionen verglichen. In Graph 134 ist dies als Beispiel für die Fenstergeschwindigkeit 126 dargestellt. In diesem Fall ist die Fenstergeschwindigkeit 126 und die Schwellwertfunktion 136 wieder als Funktion der Zeit dargestellt. Es könnte jedoch analog (wie oben beschriebenen) auch eine andere Fortschrittsvariable verwendet werden.

Die Schwellwertfunktion 136 ist im vorgegebenen Beispiel nicht konstant, verläuft jedoch abschnittsweise linear. Dies erleichtert die Parametrisierung dieser Schwellwertfunktion erheblich, da nun beispielsweise bei einer Kalibrierung nur eine Konstante angepasst werden müsste.

In diesem Beispiel wird die Differenz zwischen Schwellwertfunktion 136 und Fenstergeschwindigkeit 126 integriert ab dem Zeitpunkt t*, in dem die Fenstergeschwindigkeit 126 die Schwellwertfunktion 136 unterschreitet. Die Integration wird durchgeführt bis zum Zeitpunkt T, in dem die Schwellwertfunktion 136 abbricht (d. h. in dem der Definitionsbereich endet). Das Integral dieser Differenz ist in 1 als schraffierte Fläche 138 symbolisch dargestellt.

Dieses Integral bildet den Term 1 der unfalltypischen Terme 112. Analog werden weitere unfalltypische Terme gebildet, wobei die Anzahl der Terme nicht notwendigerweise der Anzahl der charakteristischen Kriterien (in diesem Beispiel 5) entsprechend muss. So können beispielsweise mehrere Schwellwertfunktionen mit den charakteristischen Kriterien verglichen werden.

In 2 ist dargestellt, wie aus den in 1 generierten Termen 112 auf einen gemeinsamen Unfallschwerefaktor 210 geschlossen wird. Die dafür erforderlichen Verfahrensschritte werden eingeteilt in einen Verfahrensschritt der Termauswertung 212 (hier: "Evaluation"), einen Abbildungsschritt 214 (hier: "Mapping Function") und eine Unfallschwereanalyse 216 (hier: "Crash Severity").

Zunächst werden die Terme 112 in mehrere Cluster 218 eingeteilt, welche jeweils einen Hauptterm (im oberen dargestellten Cluster der Term 4, im unteren Cluster der Term 5) und mehrere Nebenterme enthalten. Einzelne Terme können dabei in mehreren Clustern gleichzeitig auftreten. Es kann auch ein Term in einem Cluster gleichzeitig als Haupt- und als Nebenterm auftreten.

Jedem Cluster ist ein logischer Bedingungsblock 220, 222 ("Conditions") zugeordnet, in welchem die Nebenterme ausgewertet und logisch verknüpft werden. Diese Auswertung und Verknüpfung ist Bestandteil des Auswertungsschritts 212. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Auswertungsschritts 212 wird entschieden, ob der jeweilige Hauptterm eines Clusters einem Abbildungsschritt 214 unterworfen wird oder nicht. In diesem einfachen Beispiel ist dies durch einen "Schalter" 224, 226 symbolisiert. Ein Schalter stellt ein Beispiel für eine digitale Logik dar, das heißt in Abhängigkeit von der Erfüllung bestimmter Bedingungen in den Bedingungsblöcken 220, 222 wird der jeweils zugehörige "Schalter" 224, 226 entweder geöffnet oder geschlossen. Dementsprechend wird dann für den jeweiligen Hauptterm der Abbildungsschritt 214 nicht durchgeführt oder durchgeführt.

Alternativ könnte, wie oben dargestellt, auch eine Fuzzy-Logik verwendet werden, bei welcher die Erfüllung bestimmter Bedingungen der Bedingungsblöcke 220, 222 nicht digital beurteilt wird, sondern entsprechend einer Abweichung von der Erfüllung dieser Bedingungen den jeweiligen Haupttermen Relevanzfaktoren zugeordnet werden. Dabei könnte beispielsweise ein Relevanzfaktor von "1" (100%) einer vollständigen Erfüllung der jeweiligen Bedingung entsprechen, ein Relevanzfaktor von "0" (0%) einer absoluten Nichterfüllung dieser Bedingung. Wie oben beschrieben ist diese "weiche Logik" zu bevorzugen, da auf diese Weise vergleichsweise einfach ein stetiger Verlauf des später zu ermittelnden gemeinsamen Unfallschwerefaktors sichergestellt werden kann.

Entsprechend der Erfüllung der Bedingungen 220, 222 im Auswertungsschritt 212 wird dann in Abbildungsschritt 214 für jeden Hauptterm ein Unfallschwerefaktor abgeleitet. Dabei wird jeweils ein bekannter Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Hauptterm und der Unfallschwere ausgenutzt. Diese Zusammenhänge sind in den Grafen 228, 230 symbolisch dargestellt. Jedem Wert eines Hauptterms wird ein bestimmter Wert eines Unfallschwerefaktors zugeordnet. Auf diese Weise wird aus jedem Hauptterm ein separater Unfallschwerefaktor hergeleitet.

Diese separat ermittelten Unfallschwerefaktoren werden anschließend zu einem gemeinsamen Unfallschwerefaktor kombiniert (in 2 symbolisch dargestellt durch die Zusammenfügungspfeile 232). Dabei werden in einer bevorzugten Ausführungsform die oben erwähnten Relevanzfaktoren mit eingerechnet. So könnte sich beispielsweise ergeben, dass der über den oberen der beiden dargestellten Termcluster 218 aus dem Zusammenhang 228 ermittelte Unfallschwerefaktor eine Relevanz von 90% hat, der aus dem unteren dargestellten Termcluster 218 aus dem Zusammenhang 230 ermittelte Unfallschwerefaktoren hingegen lediglich eine Relevanz von 20%. Dementsprechend kann nun durch eine gewichtete Mittelwertbildung oder durch eine Maximalwertbildung aus diesen Unfallschwerefaktoren der gemeinsame Unfallschwerefaktor 210 berechnet werden.

Der so ermittelte gemeinsame Unfallschwerefaktor 210 ist im Grafen 234 als Funktion der Zeit (es könnte wiederum auch eine andere Fortschrittsvariable verwendet werden) dargestellt und als "Crash Severity" bezeichnet. Anhand dieses gemeinsamen Unfallschwerefaktors 210 wird nun in Schritt 216 die eigentliche Unfallschwereanalyse 216 durchgeführt und dementsprechend eine Entscheidung über die Steuerung der Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme getroffen.

Diese Entscheidung erfolgt in dem in 2 dargestellten einfachen Beispiel anhand von drei konstanten Schwellwerten 236, 238, 240. Dabei entspricht der Schwellwert 236 einer Auslösung eines Gurtstraffers ("Belt Pretensioner"). Sobald der gemeinsame Unfallschwerefaktor 210 diesen Schwellwert 236 überschreitet, wird die Entscheidung getroffen, dass bei diesem Unfall die Gurtstraffung ausgelöst werden soll. Analog wird bei einem Überschreiten der Schwellwerte 238 und 240 die erste bzw. zweite Stufe (Stage 1, Stage 2) eines Airbags gezündet.

In 3 ist symbolisch dargestellt, wie die in 2 dargestellten Zusammenhänge 228, 230 zwischen den Haupttermen und der Unfallschwere ermittelt werden. Dabei werden zunächst Bedingungen für einen bestimmten Unfall angenommen. Üblicherweise werden dabei standardisierte Bedingungen gewählt, welche sich bei Crashtests international durchgesetzt haben. So sind typische Unfallbedingungen:

  • – ein Aufprall auf eine starre Wand in einem Winkel (Fahrtrichtung relativ zur Senkrechten zur Wand) von 0°,
  • – einen versetzter Aufprall auf einen bewegliches Hindernis mit Teilüberdeckung ("Offset Deformable Barrier", ODB – entspricht einem versetzen Frontalzusammenstoß),
  • – Aufprall auf einen starren Pfosten (Pole) und
  • – Aufprall auf eine starre Wand in einem Winkel von 30°.

Diese Unfallbedingungen, gemeinsam mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vor dem Aufprall, bilden die in Schritt 310 festzulegenden Unfallbedingungen ("Crash Configuration"). Aus diesen Unfallbedingungen wird der Impulsübertrag 312 (Crashpulse) auf das Kraftfahrzeug berechnet.

Aus diesen Eingangsgrößen wird dann in Schritt 314 das Verhalten des Kraftfahrzeugs mitsamt einem oder mehreren Insassen simuliert. Für diese Simulationsrechnungen können in der Kraftfahrzeugentwicklung standardmäßig eingesetzte kommerzielle Simulationsprogramme 316 verwendet werden. Dabei handelt es sich üblicherweise um Starrkörpersimulationsprogramme oder Finite-Elemente-Simulationsprogramme, wie beispielsweise die Simulationssoftware "Madymo". Diese Simulationsprogramme berechnen das Verhalten eines Kraftfahrzeuginsassen ("Dummy"), unter Einwirkung eines Airbags, der Sicherheitsgurte ("Belt"), des Sitzes ("Seat"), des Armaturenbretts ("Dashboard") und der Autoinnenverkleidung ("Car Interior") beim Aufprall. Dabei werden verschiedene Randbedingungen, wie beispielsweise Materialdaten ("Material Data") berücksichtigt.

Aus diesem Simulationsmodell kann dann in Schritt 316 die Belastung eines Kraftfahrzeuginsassen bei diesem speziellen Unfall abgeleitet werden. Dabei werden, wie oben beschrieben, die verschiedenen Körperpartien separat betrachtet und die jeweiligen Belastungen 318 dieser Körperpartien berechnet. So werden beispielsweise die Beschleunigung des Kopfes ("Head Acceleration"), sonstige Kopfbelastungen ("Head Injury Criteria", HIC), die Beschleunigung des Brustkorbes ("Chest Acceleration"), die Verformung des Brustkorbes ("Chest Deflection"), die Beckenbeschleunigung ("Pelvis Acceleration"), die Oberschenkelbelastung ("Femur Loads") und weitere, zumeist international bei Crashtests standardmäßig verwendete Belastungen von Körperpartien berechnet. Diese Belastungen werden jeweils mit Wichtungsfaktoren 320 ("Weighting Factors") versehen und aufsummiert, so dass als gewichteter Mittelwert der "Injury Severity Index" IrSiX 322 (siehe oben) entsteht. Alternativ könnten statt des Injury Severity Index auch andere, die Unfallschwere charakterisierende Größen verwendet werden.

Auf diese Weise wird nun für eine hohe Zahl von verschiedenen Unfällen (verschiedene Unfalltypen, verschiedene Geschwindigkeiten – siehe oben) der Unfallschwerefaktor IrSiX 322 berechnet und jeweils elektronisch in einer Tabelle (Lookup-Table) gespeichert. Die Terme 112 in 1 werden so gewählt, dass ein Hauptterm jeweils einem Unfalltyp entspricht, so dass durch Vergleich des Hauptterms mit den in der Lookup-Table hinterlegten Werten jeweils der Unfallschwerefaktor abgelesen werden kann.

In 4 ist schematisch dargestellt, wie drei Algorithmen kombiniert werden, um entsprechende Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme zu steuern. Im oberen Teil 410 wird, wie oben beschrieben, mittels der vorhergesagten Unfallschwere (Crash Severity Judgement) entschieden, ob bestimmte Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme ausgelöst werden sollen oder nicht. In diesem einfachen Beispiel handelt es sich um die erste und die zweite Stufe eines Airbags (Stage 1, Stage 2) und um einen Gurtstraffer.

Analog wird im untersten schematisch abgebildeten Algorithmus 412 entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren aus einer vorhergesagten Kraftfahrzeuginsassen-Bewegung ("Occupant Movement", "Predicted Displacement") der optimale Auslösezeitpunkt für jedes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem berechnet.

Parallel zu diesen beiden beschriebenen Algorithmen wird in diesem Beispiel noch ein weiterer Sicherheitsalgorithmus 414 durchgeführt, welcher die Eingangssignale einer Plausibilitätsbetrachtung ("Safing/Plausibility") unterzieht. Wie oben beschrieben, können mittels dieses Algorithmus beispielsweise Fehlfunktionen der Sensorsysteme oder des Rechnersystems erkannt und somit eine unerwünschtes Auslösen von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen verhindert werden.

Die Ergebnisse dieser drei Algorithmen 410, 412, 414 werden schließlich in Schritt 416 logisch miteinander verknüpft und daraus zu jedem Zeitpunkt entschieden, ob ein bestimmtes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem ausgelöst werden soll oder nicht ("Fire OR No Fire", 418). Diese logische Verknüpfung ist in 4 symbolisch durch ein "&" dargestellt, wobei es sich jedoch auch häufig um komplexere logische Verknüpfungen als ein logisches UND handelt. Im einfachsten und hier dargestellten Fall ist ein logisches UND jedoch ausreichend.

Erst wenn alle drei Algorithmen positive Ergebnisse liefern, wird ein bestimmtes Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem ausgelöst. So erfolgt beispielsweise die Zündung der ersten Stufe eines Airbags erst, wenn in Algorithmus 410 entschieden wurde, dass diese erste Stufe gezündet werden soll und wenn Algorithmus 412 das Ergebnis liefert, dass nun der optimale Zeitpunkt der Auslösung dieser ersten Stufe gekommen ist und wenn Algorithmus 414 eine Freigabe dahingehend liefert, dass keine Fehlfunktion vorliegt.


Anspruch[de]
Verfahren zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen in einem Kraftfahrzeug bei einem Unfall mit folgenden Schritten:

a) einer oder mehrere Sensoren erfassen eine oder mehrere vorgegebene physikalische Messgrößen (110), insbesondere eine Beschleunigung parallel und/oder quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder ein Drucksignal und/oder Körperschall und/oder eine Deformation des Kraftfahrzeugs als Funktion einer ersten Fortschrittsvariablen;

b) aus diesen physikalischen Messgrößen (110) wird ein gemeinsamer Unfallschwerefaktor (210) berechnet, welcher die bei dem Unfall auftretende Verletzungsschwere eines Kraftfahrzeuginsassen charakterisiert,

b1) wobei der gemeinsame Unfallschwerefaktor (210) durch einen gewichteten Mittelwert der Verhältnisse der Belastungen vorgegebener Körperpartien zu einer maximalen Belastung dieser Körperpartien berechnet wird (Injury Severity Index, IrSiX); und

c) entsprechend dem Wert des gemeinsamen Unfallschwerefaktors (210) werden die Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme gesteuert.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch mit zusätzlich folgenden Schritten:

d) aus der bzw. den physikalischen Messgrößen werden ein oder mehrere charakteristische Kriterien (126, 128, 130, 132) abgeleitet;

e) die charakteristischen Kriterien (126, 128, 130, 132) werden als Funktion einer zweiten Fortschrittsvariablen mit einem oder mehreren Schwellwerten (136) als Funktion derselben zweiten Fortschrittsvariablen verglichen und die Differenz dieser beiden Funktionen über ein vorgegebenes Intervall der zweiten Fortschrittsvariablen integriert,

– wobei die Ergebnisse dieser Integration unfalltypische Haupt- und Nebenterme (112) bilden;

f) aus einer oder mehreren logischen Verknüpfungen von Nebentermen werden eine oder mehrere unfallcharakteristische Bedingungen (220, 222) abgeleitet;

g) abhängig von den unfallcharakteristischen Bedingungen (220, 222) wird aus einem oder mehreren bekannten Zusammenhängen (228, 230) zwischen dem bzw. den Haupttermen und einer Verletzungsschwere für jeden Hauptterm ein Unfallschwerefaktor abgeleitet; und

h) aus den ermittelten Unfallschwerefaktoren wird abhängig von den unfallcharakteristischen Bedingungen der gemeinsamer Unfallschwerefaktor (210) als Funktion einer dritten Fortschrittsvariablen ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch,

folgende zusätzliche Verfahrensschritte:

i) aus Sensorsignalen (110), insbesondere aus Signalen, die die Verzögerung beim Unfall charakterisieren, wird die wahrscheinlichste Position eines Fahrzeuginsassen als Funktion einer Fortschrittsvariablen für eine vorgegebenes Intervall der Fortschrittsvariablen im voraus berechnet; und

j) aus dieser berechneten Funktion wird durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten für die Position des Fahrzeuginsassen der bzw. die optimalen Zeitpunkte für die Auslösung eines oder mehrerer Insassenschutzsysteme berechnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

– dass die in Schritt a) erfassten physikalischen Messgrößen (110) einer oder mehrerer der folgenden Signalverarbeitungen unterzogen werden:

– einer Frequenzfilterung; und/oder

– einer Mittelwertbildung über jeweils mehrere Messwerte,

– wobei jeweils bekannte strukturmechanische Größen des Kraftfahrzeugs, insbesondere Eigenfrequenzen sowie Steifheit und Verformbarkeit des Kraftfahrzeugs in verschiedenen Raumrichtungen, berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt g) verwendeten Zusammenhänge zwischen dem bzw. den Haupttermen und der Unfallschwere aus Simulationsrechnungen (316), insbesondere Finite Elemente (FE)- oder Starrkörpersimulationen, abgeleitet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt g) verwendeten Zusammenhänge (228, 230) zwischen dem bzw. den Haupttermen und der Unfallschwere in einer Matrix oder einer Lookup-Table hinterlegt sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt g) verwendeten Zusammenhänge (228, 230) zwischen dem bzw. den Haupttermen und der Unfallschwere zusätzlich die Position und/oder das Gewicht des bzw. der Fahrzeuginsassen berücksichtigen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung der unfallcharakteristischen Bedingungen (220, 222) in Verfahrensschritt f) zusätzlich durch eine gemessene Position und/oder ein gemessenes Gewicht des bzw. der Fahrzeuginsassen beeinflusst werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme in Verfahrensschritt c) zusätzlich durch die Position und/oder das Gewicht des bzw. der Fahrzeuginsassen beeinflusst wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unfallcharakteristischen Bedingungen (220, 222) so gewählt und/oder so gewichtet werden, dass der in Verfahrensschritt b) ermittelte gemeinsame Unfallschwerefaktor (210) eine stetige Funktion der dritten Fortschrittsvariablen darstellt. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des gemeinsamen Unfallschwerefaktors (210) Fuzzy-Logic und/oder ein neuronales Netz eingesetzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt c) die Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme analog angesteuert werden. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Airbagsystem mit einem analogen Gasgenerator eingesetzt wird, welcher in analoger Weise durch den gemeinsamen Unfallschwerefaktor (210) angesteuert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend dem Wert des gemeinsamen Unfallschwerefaktors (210) Informationen über den Unfall an eine Notfallzentrale übermittelt werden. Anordnung zur Steuerung von Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystemen in einem Kraftfahrzeug bei einem Unfall mit:

a) Mitteln zum Erfassen einer oder mehrerer vorgegebene physikalischer Messgrößen (110), insbesondere einer Beschleunigung parallel und/oder quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder eines Drucksignals und/oder Körperschalls und/oder einer Deformation des Kraftfahrzeugs als Funktion einer ersten Fortschrittsvariablen;

b) Mitteln zum Berechnen eines gemeinsamen Unfallschwerefaktors (210) aus diesen physikalischen Messgrößen (110),

– wobei der gemeinsame Unfallschwerefaktor die bei dem Unfall auftretende Verletzungsschwere eines Kraftfahrzeuginsassen charakterisiert;

– wobei der gemeinsame Unfallschwerefaktor (210) durch einen gewichteten Mittelwert der Verhältnisse der Belastungen vorgegebener Körperpartien zu einer maximalen Belastung dieser Körperpartien berechnet wird (Injury Severity Index, IrSiX); und

c) Mitteln zum Steuern der Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsysteme entsprechend dem Wert des gemeinsamen Unfallschwerefaktors (210).
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch mit zusätzlich:

d) Mitteln zum Ableiten einer oder mehrerer charakteristischer Kriterien (126, 128, 130, 132) aus der bzw. den physikalischen Messgrößen (110);

e) Mitteln zum Vergleichen der charakteristischen Kriterien (126, 128, 130, 132) als Funktion einer zweiten Fortschrittsvariablen mit einem oder mehreren Schwellwerten (136) als Funktion derselben zweiten Fortschrittsvariablen und zur Integration der Differenz dieser beiden Funktionen über ein vorgegebenes Intervall der zweiten Fortschrittsvariablen sowie Mitteln zum Speichern der Ergebnisse dieser Integration als unfalltypische Haupt- und Nebenterme (112);

f) Mitteln zum logischen Verknüpfen von Nebentermen und zum Ableiten von einer oder mehreren unfallcharakteristischen Bedingungen (220, 222) aus dieser logischen Verknüpfung;

g) Mitteln zum Ableiten eines Unfallschwerefaktors für jeden Hauptterm aus einem oder mehreren bekannten Zusammenhängen (228, 230) zwischen dem bzw. den Haupttermen und einer Verletzungsschwere, abhängig von den unfallcharakteristischen Bedingungen (220, 222);

h) Mitteln zum Ermitteln des gemeinsamen Unfallschwerefaktors (210) aus den ermittelten Unfallschwerefaktoren als Funktion einer dritten Fortschrittsvariablen, abhängig von den unfallcharakteristischen Bedingungen (220, 222).
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gemäß dem vorhergehenden Anspruch, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind. Datenträger oder Computersystem, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche ausführt. Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Moduliertes Datensignal, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche enthält.






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